Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Применение ЦАП и АЦП

Аннотация: В лекции рассматриваются принципы работы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, о типах микросхем ЦАП и АЦП, их алгоритмах работы, параметрах, типовых схемах включения, а также о способах реализации на их основе некоторых часто встречающихся функций.

Как уже отмечалось во “Микросхемы и их функционирование” , цифро-аналоговые преобразователи ( ЦАП, DAC — “Digital-to-Analog Converter”) и аналого-цифровые преобразователи ( АЦП, ADC — “Analog-to-Digital Converter”) главным образом применяются для сопряжения цифровых устройств и систем с внешними аналоговыми сигналами, с реальным миром. При этом АЦП преобразует аналоговые сигналы во входные цифровые сигналы, поступающие на цифровые устройства для дальнейшей обработки или хранения, а ЦАП преобразует выходные цифровые сигналы цифровых устройств в аналоговые сигналы (см.рис. 2.12).

ЦАП и АЦП применяются в измерительной технике (цифровые осциллографы, вольтметры, генераторы сигналов и т.д.), в бытовой аппаратуре (телевизоры, музыкальные центры, автомобильная электроника и т.д.), в компьютерной технике (ввод и вывод звука в компьютерах, видеомониторы, принтеры и т.д.), в медицинской технике, в радиолокационных устройствах, в телефонии и во многих других областях. Применение ЦАП и АЦП постоянно расширяется по мере перехода от аналоговых к цифровым устройствам.

В качестве ЦАП и АЦП обычно применяются специализированные микросхемы, выпускаемые многими отечественными и зарубежными фирмами.

Сразу же надо отметить, что для грамотного и профессионального использования микросхем ЦАП и АЦП совершенно не достаточно знания цифровой схемотехники. Эти микросхемы относятся к аналого-цифровым, поэтому они требуют также знания аналоговой схемотехники, существенно отличающейся от цифровой.

Практическое применение ЦАП и АЦП требует расчета аналоговых цепей, учета многочисленных погрешностей преобразования (как статических, так и динамических), знания характеристик и особенностей аналоговых микросхем (в первую очередь, операционных усилителей) и многого другого, что далеко выходит за рамки этой книги. Существует обширная литература, специально посвященная именно вопросам применения ЦАП и АЦП. Поэтому в данной лекции мы не будем говорить о специфике выбора и принципах включения конкретных микросхем ЦАП и АЦП мы будем рассматривать только основные особенности методов соединения ЦАП и АЦП с цифровыми узлами. Нас будет в первую очередь интересовать организация цифровых узлов, предназначенных для соединения с ЦАП и АЦП.

Применение ЦАП

В общем случае микросхему ЦАП можно представить в виде блока (рис. 13.1), имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.


Рис. 13.1. Микросхема ЦАП

На цифровые входы ЦАП подается n-разрядный код N, на аналоговый вход — опорное напряжение Uоп (другое распространенное обозначение — UREF ). Выходным сигналом является напряжение Uвых (другое обозначение — UO ) или ток Iвых (другое обозначение — IO ). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорциональны входному коду и опорному напряжению. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.

Кроме информационных сигналов, микросхемы ЦАП требуют также подключения одного или двух источников питания и общего провода. Обычно цифровые входы ЦАП обеспечивают совместимость со стандартными выходами микросхем ТТЛ.

Чаще всего в случае, если ЦАП имеет токовый выход, его выходной ток преобразуется в выходное напряжение с помощью внешнего операционного усилителя и встроенного в ЦАП резистора RОС, один из выводов которого выведен на внешний вывод микросхемы (рис. 13.2). Поэтому, если не оговорено иное, мы будем в дальнейшем считать, что выходной сигнал ЦАП — напряжение U

O.


Рис. 13.2. Преобразование выходного тока ЦАП в выходное напряжение

Суть преобразования входного цифрового кода в выходной аналоговый сигнал довольно проста. Она состоит в суммировании нескольких токов (по числу разрядов входного кода), каждый последующий из которых вдвое больше предыдущего. Для получения этих токов используются или транзисторные источники тока, или резистивные матрицы, коммутируемые транзисторными ключами.

В качестве примера на рис. 13.3 показано 4-разрядное (n = 4) цифро-аналоговое преобразование на основе резистивной матрицы R–2R и ключей (в реальности используются ключи на основе транзисторов). Правому положению ключа соответствует единица в данном разряде входного кода N (разряды D0 D3). Операционный усилитель может быть как встроенным (в случае ЦАП с выходом по напряжению), так и внешним (в случае ЦАП с выходом по току).


Рис. 13.3. 4-разрядное цифро-аналоговое преобразование

Первым (левым по рисунку) ключом коммутируется ток величиной UREF/2R, вторым ключом — ток UREF/4R, третьим — ток UREF/8R, четвертым — ток UREF/16R. То есть токи, коммутируемые соседними ключами, различаются вдвое, как и веса разрядов двоичного кода. Токи, коммутируемые всеми ключами, суммируются и преобразуются в выходное напряжение с помощью операционного усилителя с сопротивлением RОС=R в цепи отрицательной обратной связи.

При правом положении каждого ключа (единица в соответствующем разряде входного кода ЦАП ) ток, коммутируемый этим ключом, поступает на суммирование. При левом положении ключа (нуль в соответствующем разряде входного кода ЦАП ) ток, коммутируемый этим ключом, на суммирование не поступает.

Суммарный ток IO от всех ключей создает на выходе операционного усилителя напряжение UO=IO RОС=IOR. То есть вклад первого ключа (старшего разряда кода) в выходное напряжение составляет UREF/2, второго — UREF/4, третьего — UREF/8, четвертого — UREF/16. Таким образом, при входном коде N = 0000 выходное напряжение схемы будет нулевым, а при входном коде N = 1111 оно будет равно –15UREF/16.

В общем случае выходное напряжение ЦАП при RОС = R будет связано со входным кодом N и опорным напряжением UREF простой формулой

UВЫХ = –N • UREF 2-n

Некоторые микросхемы ЦАП предусматривают возможность работы в биполярном режиме, при котором выходное напряжение изменяется не от нуля до UREF, а от –UREF до +UREF. При этом выходной сигнал ЦАП UВЫХ умножается на 2 и сдвигается на величину UREF. Связь между входным кодом N и выходным напряжением UВЫХ будет следующей:

UВЫХ=UREF(1–N•21–n)

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

Интегральные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП) относятся к классу наиболее распространенных и широко используемых компонентов современной электронной техники.
Исторически сложилось так, что название “аналоговые микросхемы” ассоциируется в России прежде всего с такими фирмами, как Analog Device, Texas Instruments, Maxim и Linear Technology.
Фирма Maxim была основана в 1983 году и с первых дней ориентирована на разработку и выпуск широкого класса аналоговых и аналого-цифровых интегральных схем. Производственная программа фирмы базировалась на том, что пользователь уже имеет в составе своего прибора микропроцессор и нуждается в хорошем связующем звене между процессором и реальным “аналоговым” внешним миром. Микросхемы компании Maxim предназначены для регистрации, измерения, усиления и преобразования реальных сигналов, таких как температура, давление или звук, в цифровую форму, пригодную для дальнейшей компьютерной обработки.
Фирма Maxim разрабатывает и внедряет в производство больше новых интегральных схем, чем любая другая компания в мире. Достаточно отметить, что за 17 лет работы на мировом рынке фирма Maxim разработала и внедрила около 2000 новых интегральных схем, более 1800 из которых – это уникальные разработки. Практически каждые две недели Maxim объявляет о 5–10 новых разработках. Ежегодно Maxim выпускает 200–300 новых микросхем, и известно, что 20% оборота расходуется на НИР.
Спектр выпускаемой компанией продукции охватывает аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, источники опорного напряжения, интерфейсы RS-232 и RS-485, супервизоры питания микропроцессоров, операционные усилители и компараторы, аналоговые коммутаторы и мультиплексоры, различные датчики и формирователи сигналов датчиков, схемы построения источников питания, зарядки и контроля исправности батарей, микросхемы для беспроводной и волоконно-оптической связи.
Большая часть выпускаемой продукции ориентирована на использование в малогабаритной переносной аппаратуре с автономным питанием. Поэтому основной упор делается на достижение минимального энергопотребления, сохранение работоспособности микросхемы при значительном снижении питающего напряжения, и все это – без ущерба основным электрическим параметрам. Параллельно с этим ведется работа по упаковке микросхем в современные корпуса, обеспечивающие минимальную площадь, занимаемую микросхемой на печатной плате.
АЦП (ADC, Analog to Digital Converter) – аналого-цифровой преобразователь. Это устройство принимает входные аналоговые сигналы и генерирует соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для дальнейшей цифровой обработки микропроцессорами и другими устройствами. Еще их иногда называют цифровыми потенциометрами, поскольку они могут применяться для цифрового измерения уровня аналогового сигнала.
Не исключена возможность и непосредственного преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях ввиду сложности таких преобразователей. Поэтому сегодня наиболее рациональным способом являются преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические величины, а затем уже с помощью преобразователей напряжение-код – в цифровые. Именно такие преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП.
АЦП делятся на параллельные, последовательные и последовательно-параллельные (комбинированные). В настоящее время наиболее популярны последовательные интегрирующие АЦП. По принципу работы они также делятся на два типа. АЦП первого типа постоянно измеряют уровень входящего сигнала, обнуляя свой регистр каждый раз после отправки значения в буфер. АЦП второго типа отслеживают лишь изменение сигнала, сравнивая уровень входящего сигнала с его предыдущим значением.
Практически все современные АЦП, за редким исключением, работают в режиме “оверсэмплинг” (анл. оversampling – дискретизация с избыточностью), т.е. производят оцифровку сигнала на частоте, которая в несколько и даже в десятки раз выше, чем получаемая частота результирующего сигнала. Это позволяет на несколько порядков снизить ошибки квантования и погрешности, вносимые как шумами сигнала, так и собственными шумами микросхемы, и в результате – повысить качество цифрового сигнала.
ЦАП (DAC, Digital to Analog Converter) – это цифроаналоговый преобразователь. Вместе с АЦП они составляют основу получения как цифрового сигнала из аналогового (этот процесс называется “оцифровкой” сигнала), так и восстановления аналогового сигнала из цифрового.
Цифроаналоговый преобразователь предназначен для преобразования числа, определенного обычно в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные его значению. Схемотехника цифроаналоговых преобразователей весьма разнообразна, но все они делятся на две большие группы: с последовательным и с параллельным вводом входного кода. Кроме того, они классифицируются по следующим признакам: стандартному и высокому быстродействию, одноканальному и многоканальному типам (имеется в виду несколько одноканальных схем, объединенных в один блок, – это сродни кодеку), вариантам с токовым выходом и выходом в виде напряжения.
Аналого-цифровые преобразователи

Компания Mахiм выпускает аналого-цифровые преобразователи большинства известных типов. С одной стороны, это быстродействующие преобразователи невысокой разрядности. Уникальное место среди таких микросхем занимают, конечно же, MAX106, MAX104 и MAX108. Это 8-битные параллельные функционально законченные АЦП со встроенной схемой выборки-хранения и частотой дискретизации 600, 1000 и 1500 Мвыб. /с соответственно. С другой стороны, это интегрирующие АЦП для цифровых мультиметров MAX130–MAX139 разрядностью 3,5- или 4,5-десятичных разряда и непосредственным управлением жидкокристаллическим или светодиодным индикатором. Но основное внимание компания уделяет малогабаритным экономичным АЦП разрядностью 8–14 бит преимущественно с последовательным интерфейсом. И здесь, как и в остальной продукции Mахiм, упор сделан на минимальные габариты и максимальную экономичность.
О достигнутом компанией уровне говорят параметры АЦП: при числе входных каналов от одного до восьми, разрядности 10–12 бит и напряжении питания 2,7–5,25 В среднее значение потребляемого тока составляет 1,9–2,5 мА (при частоте преобразования 400 кГц), 0,9–1,5 мА (при частоте около 100 кГц) и 0,25 мА – при частоте 1 кГц. Благодаря возможности перевода микросхемы в режим пониженного энергопотребления в паузах между выборками средний потребляемый ток не превышает 10 мкА.
АЦП MAX19586 – 16-битный аналого-цифровой преобразователь с быстродействием 80 Мвыб. /с. MAX19586 имеет высокие динамические характеристики, в том числе уровень собственных шумов – 82 дБ, отношение сигнал/шум (SNR) – 80 дБ и динамический диапазон без искажений (SFDR) – 96 дБ при входной частоте 10 МГц (уровень входного сигнала 2 дБ). Параметры микросхемы – собственные шумы, отношение сигнал/шум и динамический диапазон – на несколько децибел лучше, чем у ее аналогов. АЦП может обрабатывать входную частоту до 170 МГц, работает от источника питания 1,8 В, а также обрабатывает входные сигналы с амплитудой до 2,6 В.
“Mахiм упрочил свое лидерство в технологии преобразования данных, выпустив быстродействующий АЦП, который установил рекорды и по динамическим параметрам и по энергопотреблению”, – говорит Тед Тьюксбери (Ted Tewksbury), директор по маркетингу отделения высокоскоростной обработки сигналов.
MAX19586 потребляет 1,1 Вт, что на 48% меньше, чем у ближайших аналогов. Микросхема выпускается в 56-выводном корпусе QFN-EP, размер которого составляет четвертую часть размера корпуса аналога, и работает в промышленном температурном диапазоне от -40 до 85°C.
Характеристики MAX19586 позволяют использовать его в высококачественном вещательном оборудовании. АЦП применяются в базовых станциях сотовой связи (BTS), мультистандартных приемниках с несколькими несущими, для обработки сигналов антенных решеток, а также в передовом измерительном и тестовом оборудовании.
АЦП MAX109 – 8-битный АЦП с частотой преобразования 2,2 ГГц – обладает высокими динамическими характеристиками в широком диапазоне частот. MAX109 выполнен по современной технологии SiGe и содержит на одном кристалле высококачественный усилитель выборки-хранения, дискретизатор и демультиплексор 1,4. При оцифровке входной частоты 300 МГц с частотой преобразования 2,2 ГГц АЦП достигает рекордных значений свободного от искажений динамического диапазона (SFDR) – 62 дБ и отношения сигнал-шум (SNR) – 45 дБ. Неравномерность отношения сигнал-шум остается в пределах 1,6 дБ при частоте входного сигнала до 2 ГГц. АЦП MAX109 позволяет напрямую оцифровывать РЧ-сигналы, что исключает потребность в ИС для снижения частоты РЧ-сигнала. Данный АЦП оптимален для применения в радарных, высококачественных контрольно-измерительных системах и приемниках широкополосной связи.
Входной сигнал может быть дифференциальным или несимметричным с диапазоном ±250 мВ. Результат преобразования выводится в LVDS-формате и демультиплексируется с помощью демультиплексора 1:4. LVDS-выходы питаются от напряжения 3,0–3,6 В. Таким образом, АЦП совместимы с системами, в которых только одно напряжение питания – 3 В. Имеются также входы управления чередованием работы нескольких MAX109, что повышает эффективность работы.
MAX109 выпускается в 256-выводном корпусе SBGA и рассчитан на работу в температурном диапазоне от –40 до 85°C.
АЦП MAX1449 – быстродействующий 10-разрядный АЦП со встроенным широкополосным устройством выборки-хранения (УВХ) и источником опорного напряжения. Частота преобразования для MAX1449 составляет 105 Мвыб./с.
Модель MAX1449, разработанная по схеме с полным дифференциальным входом и с использованием принципа конвейерной обработки сигнала (pipeline architecture), позволяет проводить оцифровку сигнала с высокими скоростями при минимальной потребляемой мощности.
Области применения MAX1449: ультразвуковая визуализация; обработка сигнала изображения ПЗС; дискретизация сигналов ПЧ; цифровые телеприставки, приложения с дискретизацией видеосигналов.

Параметры АЦП MAX1449

Напряжение питания……………………………..от 2,7 до 3,6 В
Потребляемая мощность………………………186 мВт
Ток потребления……………………………………62 мА (5 мкА в режиме ожидания)
Полоса входного сигнала………………………400 МГц (-3 дБ)
Источник опорного напряжения…………….2,048 В
Параллельный КМОП-выход…………………..три уровня

Отношение сигнал/шум (SNR) составляет 58,5 дБ при частоте 20 МГц, динамический диапазон без искажений (SFDR) – 72 дБ при частоте 20 МГц. Имеется встроенный прецизионный ИОН – 2,048 В.
MAX1449 выпускается в корпусе 32-TQFP (32 вывода), габаритные размеры 5×5 мм. Интервал рабочих температур составляет -40–85°С.
Существуют полностью совместимые по выводам модели, рассчитанные на работу с меньшими скоростями. Например, скорости преобразования для более дешевых моделей MAX1444, MAX1446, MAX1448 соответственно равны 40, 60 и 80 М/с.
АЦП MAX11043 – высокоинтегрированный счетверенный 16-разрядный АЦП с независимой выборкой каналов, предназначенный для датчиков, был представлен в конце 2008 года.
Схема разработана для использования в радарных системах непрерывного излучения с линейной частотной модуляцией. Микросхема обрабатывает и оцифровывает сигналы ПЧ от входных каскадов радаров (24 или 77 ГГц) для их дальнейшей обработки DSP или микропроцессором. В микросхему включены четыре дискретных аналоговых фильтра, четыре прецизионных АЦП с независимой выборкой каналов и 12-битный управляющий ЦАП. И все это размещается в корпусе размером 6×6 мм.
Свободный от искажений динамический диапазон (SFDR) составляет 90 дБ, отношение сигнал/шум – 77 дБ (на f = 100 кГц), скорость оцифровки – 400 тыс. преобр./с, когда используется четыре канала, и 800 тыс. преобр./с, когда используется два канала. К числу других возможностей MAX11043 относятся работа от встроенного (2,5 В) или внешнего ИОН (2,0–2,8 В) , экономичные режимы работы и наличие программируемого усилителя с возможностью установки коэффициента усиления от 1 до 64. У этого усилителя предусмотрена функция эквалайзера, т.е. автоматического усиления слабых высокочастотных сигналов.
MАХ11043 работает в диапазоне напряжений питания от 3 до 3,6 В. Микросхема выпускается в 40-выводном TQFN-корпусе и работает в температурном диапазоне от -40 до 125°С.
АЦП MAX1377/MAX1379/MAX1383 компания Maxim Integrated Products представила в конце 2008 года. Это сдвоенные 12-разрядные АЦП с синхронной выборкой и быстродействием 1,25 Мвыб./с. Особенность ИС в том, что оба АЦП имеют независимый последовательный интерфейс SPI для связи со схемой управления, что дает возможность при максимальной частоте выборки снизить рабочую частоту интерфейса SPI до 20 МГц. Кроме того, можно совместить два потока данных в одном порту SPI, если снизить частоту выборки или повысить частоту SPI до 40 МГц. Гибкость такой архитектуры позволяет выбирать в качестве устройства управления микроконтроллеры или сигнальные процессоры. Дополнительную гибкость системе придает возможность конфигурации входов ИС в виде четырех несимметричных или двух дифференциальных каналов. В результате для различных приложений можно применять одну платформу на базе MAX1377, MAX1379, MAX1383. Возможность конфигурирования позволяет сократить номенклатуру используемых компонентов и сократить время выхода разработки на рынок.
Отличные характеристики АЦП по переменному току (соотношение SINAD равно 71 дБ), гарантированная высокая точность преобразования (интегральная нелинейность ±1,25 младшего значащего разряда и дифференциальная нелинейность ±1 младшего значащего разряда), а также быстрота и одновременность выборки делает эти микросхемы подходящими для систем управления электродвигателями, вращающихся координатографов, преобразователей синфазно-квадратурного сигнала.
MAX1377/MAX1379/MAX1383 выпускаются в 20-выводных корпусах TQFN размером 5×5 мм и работают в расширенном температурном диапазоне от -40 до 125°С.
В конце 2008 года компания Maxim представила АЦП MAX19515, MAX19516, MAX19517. Это совместимое по выводам семейство двухканальных, 10-битных АЦП с быстродействием 65/100/130 Mвыб. /с.
Эти микросхемы отличаются низким потреблением энергии. MAX19515 потребляет 43 мВт, MAX19516 – 57 мВт, а MAX19517 – 75 мВт мощности на канал от источника питания аналоговой части. Микросхемы АЦП имеют отношение сигнал/шум 60 дБ (относительно всего диапазона) и величину SFDR 85 дБ на частоте 70 МГц. Семейство микросхем АЦП предназначено для экономичной, портативной аппаратуры, например систем ультразвукового и медицинского зондирования, портативных измерительных приборов и экономичных систем сбора данных. Данный ряд микросхем разработан для создания систем, имеющих ограничения по габаритам, с тем чтобы свести к минимуму количество необходимых внешних компонентов. АЦП работает от источника питания аналоговой части 1,8; 2,5 или 3,3 В.
Встроенные выходные КМОП-резисторы дают возможность пользователю программировать сопротивление КМОП-выхода, что позволяет обойтись без внешних демпфирующих резисторов. MAX19515/MAX19516/MAX19517 выпускаются в 48-выводном TQFN-корпусе размером 7×7 мм и предназначены для работы в расширенном температурном диапазоне от -40 до 85°C.
АЦП MAX104 – быстродействующий, 8-разрядный, параллельный, функционально законченный АЦП со встроенным широкополосным устройством выборки-хранения (УВХ). Частота преобразования для MAX104 составляет 1 Гвыб./с.
Эта интегральная схема разработана с использованием так называемой параллельной (или флеш-) архитектуры. Встроенный малошумящий широкополосный усилитель с УВХ позволяет обрабатывать входной сигнал с частотой до 2,2 ГГц. Значения отношения сигнал/шум на частотах 1000, 500 и 125 МГц для дифференциального входного сигнала составляют соответственно 46,4; 47,0 и 47,4 дБ.
Номинальное значение напряжения питания составляет 5 В, однако схема сохраняет работоспособность и при снижении напряжения питания до 3 В. MAX104 выпускается в корпусе 192-ESBGA (192 вывода) размером 25×25 мм с шариковыми выводами на нижней поверхности.
В начале февраля 2009 года появилось сообщение, что компания Maxim представила MAX19505/MAX19506/MAX19507 – ряд совместимых по выводам двухканальных 8-битных АЦП с быстродействием 65/100/130 Mвыб/с.
Микросхемы отличаются низким потреблением энергии – 43 мВт (MAX19505), 57 мВт (MAX19506) и 74 мВт (MAX19507) на канал от источника питания аналоговой части. Кроме того, АЦП имеют близкий к идеальному 8-битный динамический диапазон: полную шкалу SNR – 49,8 дБ и SFDR – 69 дБ на частоте 70 МГц. MAX19505/MAX19506/MAX19507 хорошо подходят для экономичных, портативных приложений, таких как ультразвуковое и медицинское оборудование, портативные измерительные приборы и экономичные системы сбора данных. Созданные для аппаратуры с ограниченными габаритами, интегральные микросхемы минимизируют число необходимых внешних компонентов. Они содержат саморегулируемый стабилизатор аналогового напряжения, который дает возможность пользователям запитать микросхему от 1,8; 2,5 или 3,3 В аналоговых источников без использования внешнего стабилизатора.
Встроенные выходные согласующие КМОП-резисторы дают возможность пользователям программировать выходное КМОП-сопротивление, что позволяет исключить внешний демпфирующий резистор. MAX19505/MAX19506/ MAX19507 являются функциональными и конструктивными аналогами 10-битных АЦП MAX19515/MAX19516/MAX19517, что делает применение микросхем более гибким.
Микросхемы выпускаются в 48-выводном TQFN корпусе размером 7×7 мм и работают в температурном диапазоне от -40 до 85°С.
В начале февраля 2009 года компания Maxim представила АЦП MAX1329 – экономичную систему сбора данных со встроенным прецизионным блоком преобразования данных для обработки сигнала с датчика, а также схему его питания. MAX1329 – это 16-разрядная система сбора данных со встроенной схемой подключения датчиков и микроконтроллеров.
Особенностью ИС является наличие 12-/16-разрядного АЦП, сдвоенного 12-разрядного высокочувствительного ЦАП, а также источника опорного напряжения. АЦП в режиме 12-разрядной работы имеет частоту дискретизации 300 кГц, что позволяет оцифровывать кратковременные быстро затухающие сигналы, например показатели измерителя уровня сахара в крови. Чтобы повысить точность и устранить влияние внутренней погрешности измерений, используется цифровая обработка, позволяющая увеличить разрядность преобразования с имеющихся 12 до 16 разрядов. Интегрированные 12-разрядные ЦАП демонстрируют высокую точность, быстрое установление результата (10 мкс) и используются для управления датчиками. Подобная функция обеспечивает достаточно простое подключение недорогого микроконтроллера и позволяет создавать законченную высокопроизводительную систему сбора данных с питанием от аккумуляторов.
АЦП, ЦАП, источник опорного напряжения и аналоговые блоки интегрированы в корпусе MAX1329, что делает ИС идеальной для применения в портативных системах. Аналоговые блоки включают: операционные усилители, входной мультиплексор 16:1, усилитель с программируемым коэффициентом усиления, два ключа с низким падением напряжения в канале (однополюсный переключатель на два направления SPDT и однополюсный переключатель SPST).
Высокая степень интеграции данной ИС упрощает проектирование, позволяет уменьшить габариты и дает свободу при выборе микроконтроллера. MAX1329 оптимизирована для применения в системах с питанием от аккумуляторов. Она использует источник номиналом от 1,8 до 3,6 В для питания цифровой части и источник номиналом от 2,7 до 5,5 В для питания аналоговой части. Кроме того, встроенный повышающий преобразователь позволяет применять номинал 5 В, 25 мА для питания дополнительных внешних устройств.
ИС потребляет 3,75 мА в активном режиме и 0,5 мкА в “спящем” режиме. MAX1329 выпускается в 40-выводных корпусах TQFN размером 6×6 мм и работает в температурном диапазоне от -40 до 85°С.
Цифроаналоговые преобразователи

Напомним, что цифро-аналоговым преобразователем (Digital-Analog Converters) называется узел или микросхема, предназначенные для преобразования входного цифрового кода в выходной аналоговый ток или напряжение. Микросхемы цифроаналоговых преобразователей выпускают несколько фирм. Однако безусловным лидером как по разнообразию типов, так и по объемам продаж ЦАП является компания Maxim. Сегодня она выпускает 181 тип микросхем ЦАП.
Прежде чем перейти к ассортименту выпускаемых микросхем, отметим, что наиболее важные параметры ЦАП – это разрядность, тип интерфейса, быстродействие, тип корпуса, характеристики питания и тип выхода (по току или по напряжению).
Разрядность ЦАП определяет точность преобразования. В настоящее время выпускаются микросхемы с разрядностью от 4 до 24 двоичных разрядов и выше. Наиболее часто используются ЦАП с разрядностью от 8 до 12 разрядов.
По типам входного интерфейса микросхемы ЦАП подразделяются на микросхемы с параллельным и последовательным интерфейсом. Микросхемы с параллельным интерфейсом, в свою очередь, подразделяются на микросхемы с байтовым интерфейсом и микросхемы с интерфейсом большей разрядности. Микросхемы с байтовым интерфейсом оптимизированы для применения в системах с 8-битными микроконтроллерами. Микросхемы с параллельным интерфейсом больше байта могут использоваться совместно с 16-битными микропроцессорами и в других изделиях.
Микросхемы с последовательным интерфейсом также подразделяются на несколько групп в зависимости от типа интерфейса: SPI, I2C (SMBus), 1-Wire и т. д. Очевидно, что последовательный интерфейс значительно замедляет время записи данных и снижает общую производительность. Однако использование трех-четырех выводов для организации последовательного интерфейса вместо восьми или более выводов в случае с параллельным интерфейсом позволяет использовать корпус с меньшим числом выводов, что, в свою очередь, значительно снижает стоимость микросхем, площадь, сложность и стоимость печатных плат и повышает надежность изделия за счет меньшего количества паек.
Быстродействие цифроаналогового преобразователя также важно. По быстродействию современные ЦАП можно условно разделить на три группы: низкого быстродействия – до 100 квыб./с, среднего быстродействия – от 100 до 500 квыб./с, высокого быстродействия – более 500 квыб./с. Наиболее часто используются ЦАП низкого или среднего быстродействия.
Современные микросхемы ЦАП производятся с токовым выходом (без встроенного масштабирующего операционного усилителя) и с выходом по напряжению (со встроенным выходным операционным усилителем). Кроме того, в случае, если микросхема в одном корпусе содержит несколько ЦАП, часть из них может иметь токовый выход, а часть – выход по напряжению. Выходы по напряжению могут быть различной нагрузочной способности.
Микросхемы ЦАП могут иметь одно или несколько различных напряжений питания. Очевидно, что чем меньше источников питания использует микросхема ЦАП, тем она удобнее. Важно только, чтобы применение одного напряжения питания не снижало другие параметры микросхем ЦАП, например, линейность.
ЦАП MAX19692 – 12-битный цифроаналоговый преобразователь с быстродействием 2,3 Гвыб./с осуществляет прямой синтез высокочастотных и широкополосных сигналов в различных зонах Найквиста.
MAX19692 может напрямую синтезировать сигналы с шириной спектра до 1 ГГц в частотном диапазоне от постоянного тока и до 2 ГГц. Микросхема имеет превосходные динамические характеристики: динамический диапазон без искажений (SFDR) – 68 дБ при выходной частоте 1200 МГц (3-я зона Найквиста). Это на 14 дБ лучше параметра SFDR у других конкурентов, работающих на этой высокой выходной частоте. MAX19692 работает от источников питания 3,3 и 1,8 В. Имеет мультиплексные LVDS-входы.
При частоте преобразования 1,5 Гвыб./с MAX19692 потребляет всего 950 мВт мощности – на 67% меньше, чем ближайший конкурент. Эта микросхема работает в промышленном температурном диапазоне от -40 до 5°С и выпускается в компактном 169-выводном CSBGA корпусе размером 11×11 мм.
“Упрочив свое лидерство в технологии преобразования данных, Maxim разработал новую высокоскоростную архитектуру ЦАП, которая расширяет границы доступных параметров ЦАП в части скорости обновления данных, динамических параметров и возможности работы в различных зонах Найквиста. Эти улучшения параметров достигнуты при впечатляющем снижении потребления энергии”, – так отзывается об этой схеме Тед Тьюксбери (Ted Tewksbury), директор по маркетингу отделения высокоскоростной обработки данных компании Mахiм.
Высокие параметры MAX19692 делают его применение предпочтительным в высококачественном широкополосном коммуникационном оборудовании. Примером могут служить формирование сигнала радара и синтез сигнала гетеродина (LO), прямая цифровая генерация широкополосного ВЧ-сигнала, радиомодемы с очень высокой пропускной способностью, прямой цифровой синтез, автоматическое тестовое оборудование и генераторы шумовых сигналов.
ЦАП MAX5232/MAX5233 – микромощные, двухканальные, 10-разрядные цифроаналоговые преобразователи. Имеют встроенный источник опорного напряжения с прецизионной нестабильностью 10 ppm/°C и прецизионные выходные усилители. ИС MAX5233 питается от однополярного источника напряжением 5 В со встроенным источником опорного напряжения 2,465 В и имеет полномасштабный выходной диапазон 4092 В. ИС MAX5232 питается от однополярного источника напряжением 3 В со встроенным источником опорного напряжения 1,234 В и имеет полномасштабный выходной диапазон 2,046 В. ИС MAX5233 потребляет ток 470 мкА, тогда как MAX5230 – 420 мкА. Обе ИС имеют как программно, так и аппаратно управляемый режим отключения (shutdown) со сниженным уровнем энергопотребления 2 мкА.
ИС MAX5232/MAX5233 включает 13,5-МГц, 3-проводной последовательный интерфейс, совместимый с SPI/QSPI/MICROWIRE. Дополнительный выход данных (DOUT) предназначен для последовательного соединения и опроса цепочки устройств и для режима обратного чтения. У каждого ЦАП имеется цифровой вход с двойной буферизацией.
ИС MAX5232/MAX5233 предназначены для эксплуатации в расширенном диапазоне рабочих температур от -40 до 85°С и выпускаются в 16-выводном QSOP-корпусах.
ЦАП MAX5873-MAX5878, MAX5893-MAX5895 и MAX5898 обеспечивают высокие динамическое параметры до частоты Найквиста, высокое усиление и балансировку смещения. Высококачественные ЦАП оптимизированы для архитектуры передачи несущей частоты с аналоговым квадратурным смесителем и фазированной антенной решеткой, применяемыми в различных передающих системах.
ЦАП MAX5873 (12 бит), MAX5874 (14 бит) и MAX5875 (16 бит) имеют КМОП- входы и частоту обновления 200 Мвыб./с. ЦАП MAX5876 (12 бит), MAX5877 (14 бит) и MAX5878 (16 бит) имеют частоту обновления 250 Мвыб./с и LVDS-входы.
Микросхемы MAX5893 (12 бит), MAX5894 (14 бит), MAX5895 и MAX5898 (16 бит) имеют и КМОП- и LVDS-входы, частоту обновления 500 Мвыб./с.
Другие параметры ЦАП тоже высокие. При частоте обновления 200 Мвыб. /с 12-битный МАХ5873 обеспечивает динамический диапазон без искажений (SFDR) 78 дБ при выходной частоте 16 МГц, потребляя при этом всего 225 мВт.
МАХ5873 имеет входную КМОП-шину данных, которая может быть сконфигурирована как двойной порт данных или как единый разделяемый порт данных.
Частота преобразования 16-битного МАХ5873 – 250 Мвыб./с. Общий разделяемый LVDS-порт данных работает на частоте 500 МГц для поддержки двух каналов ЦАП.
При частоте преобразования 500 Мвыб./с 16-битный МАХ5895 обеспечивает динамический диапазон без искажений (SFDR) 92 дБ при выходной частоте 10 МГц. Потребление ЦАП при этом составляет 1,1 Вт.
Все эти ЦАП предназначены для работы в расширенном промышленном температурном диапазоне от -40 до 85°C и выпускаются в компактном 68-выводном QFN-EP корпусе.
В конце 2008 года компания Maxim выпустила микросхемы ЦАП с токовым выходом для управления блоками питания DS4422 и DS4424. Это недорогие двух- и четырехканальные ЦАП с выходным втекающим/вытекающим током. Они имеют два или четыре выходных канала, которые специально разработаны для регулировки блоков питания. Каждый выходной канал микросхемы обеспечивает управление DC/DC-источником питания путем подачи или отбора тока прямо из цепей обратной связи источника питания. Такой способ управления позволяет перенастроить имеющиеся конструкции источников питания при минимальном изменении их конструкции, делая тем самым DS4422 и DS4424 идеально подходящими для серверов, карт видеообработки и других приложений с DC/DC-источниками питания.
При включении DS4422 и DS4424 имеют нейтральный выходной сигнал (или нулевой ток) для снижения нагрузок на систему при запуске и дают возможность резисторам обратной связи источника питания выполнять свою обычную роль. Для получения максимальной универсальности эти ЦАП используют внешний резистор для задания максимального тока полной шкалы для каждого выхода, от 50 до 200 мкА, с точностью ±6%. После чегопо шине I2C выходные токи могут быть линейно установлены на любую из 127 ступеней вытекающего и 127 ступеней втекающего тока от максимального уровня. Два входа задания адреса позволяют, по одной I2C-шине, управлять четырьмя и менее микросхемами, или до 16 источниками питания.
DS4422 и DS4424 выпускаются в 14-выводном TDFN-корпусе размером 3×3 мм, работают в полном расширенном температурном диапазоне от -40 до 85°C.
Каждый выходной канал микросхемы обеспечивает управление DC/DC-источником питания путем подачи или отбора тока прямо из цепей обратной связи источника питания. Такой способ управления позволяет перенастроить имеющиеся конструкции источников питания при минимальном изменении их конструкции. Таким образом, DS4422 и DS4424 идеально подходят для серверов, карт видеообработки и других приложений с DC/DC-источниками питания.

Как работают аналого-цифровые преобразователи и что можно узнать из спецификации на АЦП?

Вольфганг Райс (Wolfgang Reis, WBC GmbH)
Журнал “Компоненты и технологии”, № 3’2005

 

В статье рассказывается об устройстве и принципах действия аналогово-цифровых преобразователей различных типов, а также об их основных характеристиках, указываемых производителями в документации.

 

 

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) – один из самых важных электронных компонентов в измерительном и тестовом оборудовании. АЦП преобразует напряжение (аналоговый сигнал) в код, над которым микропроцессор и программное обеспечение выполняют определенные действия. Даже если Вы работаете только с цифровыми сигналами, скорее всего Вы используете АЦП в составе осциллографа, чтобы узнать их аналоговые характеристики.

Существует несколько основных типов архитектуры АЦП, хотя в пределах каждого типа существует также множество вариаций. Различные типы измерительного оборудования используют различные типы АЦП. Например, в цифровом осциллографе используется высокая частота дискретизации, но не требуется высокое разрешение. В цифровых мультиметрах нужно большее разрешение, но можно пожертвовать скоростью измерения. Системы сбора данных общего назначения по скорости дискретизации и разрешающей способности обычно занимают место между осциллографами и цифровыми мультиметрами. В оборудовании такого типа используются АЦП последовательного приближения либо сигма-дельта АЦП. Существуют также параллельные АЦП для приложений, требующих скоростной обработки аналоговых сигналов, и интегрирующие АЦП с высокими разрешением и помехоподавлением.

На рис.1. показаны возможности основных архитектур АЦП в зависимости от разрешения и частоты дискретизации.

Параллельные АЦП

Большинство высокоскоростных осциллографов и некоторые высокочастотные измерительные приборы используют параллельные АЦП из-за их высокой скорости преобразования, которая может достигать 5Г (5*109) отсчетов/сек для стандартных устройств и 20Г отсчетов/сек для оригинальных разработок. Обычно параллельные АЦП имеют разрешение до 8 разрядов, но встречаются также 10-ти разрядные версии.

Рис. 2 показывает упрощенную блок-схему 3-х разрядного параллельного АЦП (для преобразователей с большим разрешением принцип работы сохраняется). Здесь используется массив компараторов, каждый из которых сравнивает входное напряжение с индивидуальным опорным напряжением. Такое опорное напряжение для каждого компаратора формируется на встроенном прецизионном резистивном делителе. Значения опорных напряжений начинаются со значения, равного половине младшего значащего разряда (LSB), и увеличиваются при переходе к каждому следующему компаратору с шагом, равным VREF /23. В результате для 3-х разрядного АЦП требуется 23-1 или семь компараторов. А, например, для 8-разрядного параллельного АЦП потребуется уже 255 (или (28-1)) компараторов.

С увеличением входного напряжения компараторы последовательно устанавливают свои выходы в логическую единицу вместо логического нуля, начиная с компаратора, отвечающего за младший значащий разряд. Можно представить преобразователь как ртутный термометр: с ростом температуры столбик ртути поднимается. На рис. 2 входное напряжение попадает в интервал между V3 и V4, таким образом 4 нижних компаратора имеют на выходе “1”, а верхние три компаратора – “0”. Дешифратор преобразует (23-1) – разрядное цифровое слово с выходов компараторов в двоичный 3-х разрядный код.

Параллельные АЦП – достаточно быстрые устройства, но они имеют свои недостатки. Из-за необходимости использовать большое количество компараторов параллельные АЦП потребляют значительную мощность, и их нецелесообразно использовать в приложениях с батарейным питанием.

 

АЦП последовательного приближения

Когда необходимо разрешение 12, 14 или 16 разрядов и не требуется высокая скорость преобразования, а определяющими факторами являются невысокая цена и низкое энергопотребление, то обычно применяют АЦП последовательного приближения. Этот тип АЦП чаще всего используется в разнообразных измерительных приборах и в системах сбора данных. В настоящий момент АЦП последовательного приближения позволяют измерять напряжение с точностью до 16 разрядов с частотой дискретизации от 100К (1х103) до 1М (1х106) отсчетов/сек.

Рис. 3 показывает упрощенную блок-схему АЦП последовательного приближения. В основе АЦП данного типа лежит специальный регистр последовательного приближения. В начале цикла преобразования все выходы этого регистра устанавливаются в логический 0, за исключением первого (старшего) разряда. Это формирует на выходе внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) сигнал, значение которого равно половине входного диапазона АЦП. А выход компаратора переключается в состояние, определяющее разницу между сигналом на выходе ЦАП и измеряемым входным напряжением.

Например, для 8-разрядного АЦП последовательного приближения (рис. 4) выходы регистра при этом устанавливаются в “10000000”. Если входное напряжение меньше половины входного диапазона АЦП, тогда выход компаратора примет значение логического 0. Это дает регистру последовательного приближения команду переключить свои выходы в состояние “01000000”, что соответственно приведет к изменению выходного напряжения с ЦАП, подаваемого на компаратор. Если при этом выход компаратора по-прежнему оставался бы в “0”, то выходы регистра переключились бы в состояние “00100000”. Но на этом такте преобразования выходное напряжение ЦАП меньше, чем входное напряжение (рис. 4), и компаратор переключается в состояние логической 1. Это предписывает регистру последовательного приближения сохранить “1” во втором разряде и подать “1” на третий разряд. Описанный алгоритм работы затем вновь повторяется до последнего разряда. Таким образом, АЦП последовательного приближения требуется один внутренний такт преобразования для каждого разряда, или N тактов для N-разрядного преобразования.

Тем не менее, работа АЦП последовательного приближения имеет особенность, связанную с переходными процессами во внутреннем ЦАП. Теоретически, напряжение на выходе ЦАП для каждого из N внутренних тактов преобразования должно устанавливаться за одинаковый промежуток времени. Но на самом деле этот промежуток в первых тактах значительно больше, чем в последних. Поэтому время преобразования 16-разрядного АЦП последовательного приближения более, чем в два раза превышает время преобразования 8-разрядного АЦП данного типа.

 

Сигма-дельта АЦП

Для проведения большинства измерений часто не требуется АЦП со скоростью преобразования, которую даёт АЦП последовательного приближения, зато необходима большая разрешающая способность. Сигма-дельта АЦП могут обеспечивать разрешающую способность до 24 разрядов, но при этом уступают в скорости преобразования. Так, в сигма-дельта АЦП при 16 разрядах можно получить частоту дискретизации до 100К отсчетов/сек, а при 24 разрядах эта частота падает до 1К отсчетов/сек и менее, в зависимости от устройства.

Обычно сигма-дельта АЦП применяются в разнообразных системах сбора данных и в измерительном оборудовании (измерение давления, температуры, веса и т.п.), когда не требуется высокая частота дискретизации и необходимо разрешение более 16 разрядов.

Принцип работы сигма-дельта АЦП сложнее для понимания. Эта архитектура относится к классу интегрирующих АЦП. Но основная особенность сигма-дельта АЦП состоит в том, что частота следования выборок, при которых собственно и происходит анализ уровня напряжения измеряемого сигнала, существенно превышает частоту появления отсчетов на выходе АЦП (частоту дискретизации). Эта частота следования выборок называется частотой передискретизации. Так, сигма-дельта АЦП со скоростью преобразования 100К отсчетов/сек, в котором используется частота передискретизации в 128 раз больше, будет производить выборку значений входного аналогового сигнала с частотой 12.8М отсчетов/сек.

Блок-схема сигма-дельта АЦП первого порядка приведена на рис. 5. Аналоговый сигнал подается на интегратор, выходы которого подсоединены к компаратору, который в свою очередь присоединен к 1-разрядному ЦАП в петле обратной связи. Путем серии последовательных итераций интегратор, компаратор, ЦАП и сумматор дают поток последовательных битов, в котором содержится информация о величине входного напряжения.

Результирующая цифровая последовательность затем подается на фильтр нижних частот для подавления компонентов с частотами выше частоты Котельникова (она составляет половину частоты дискретизации АЦП). После удаления высокочастотных составляющих следующий узел – дециматор – прореживает данные. В рассматриваемом нами АЦП дециматор будет оставлять 1 бит из каждых полученных 128 в выходной цифровой последовательности.

Так как внутренний цифровой ФНЧ в сигма-дельта АЦП представляет собой неотъемлемую часть для осуществления процесса преобразования, время установления ФНЧ становится фактором, который необходимо учитывать при скачкообразном изменении входного сигнала. Например, при переключении входного мультиплексора или при переключении предела измерения прибора необходимо подождать, пока пройдут несколько отсчетов АЦП, и лишь потом считывать корректные выходные данные.

Дополнительным и очень важным достоинством сигма-дельта АЦП является то, что все его внутренние узлы могут быть выполнены интегральным способом на площади одного кремниевого кристалла. Это заметно снижает стоимость конечных устройств и повышает стабильность характеристик АЦП.

 

Интегрирующие АЦП

И последний тип АЦП, о котором пойдет здесь речь – АЦП двухтактного интегрирования. В цифровых мультиметрах, как правило, используются именно такие АЦП, т.к. в этих измерительных приборах необходимо сочетание высокого разрешения и высокого помехоподавления. Идея преобразования в таком интегрирующем АЦП гораздо менее сложна, чем в сигма-дельта АЦП.

На рисунке 6 показан принцип работы АЦП двухтактного интегрирования. Входной сигнал заряжает конденсатор в течение фиксированного периода времени, который обычно составляет один период частоты питающей сети (50 или 60Гц) или кратен ему. При интегрировании входного сигнала в течение промежутка времени такой длительности высокочастотные помехи подавляются. Одновременно исключается влияние нестабильности напряжения сетевого источника питания на точность преобразования. Это происходит потому, что значение интеграла от синусоидального сигнала равно нулю, если интегрирование осуществляется во временном интервале, кратном периоду изменения синусоиды.

По окончании времени заряда АЦП разряжает конденсатор с фиксированной скоростью, в то время как внутренний счетчик подсчитывает количество тактовых импульсов за время разряда конденсатора. Большее время разряда, таким образом, соответствует большему значению показаний счетчика и большему измеряемому напряжению (рис.6).

АЦП двухтактного интегрирования имеют высокую точность и высокую разрешающую способность, а также имеют сравнительно простую структуру. Это дает возможность выполнять их в виде интегральных микросхем. Основной недостаток таких АЦП – большое время преобразования, обусловленное привязкой периода интегрирования к длительности периода питающей сети. Например, для 50 Гц – оборудования частота дискретизации АЦП двухтактного интегрирования не превышает 25 отсчетов/сек. Конечно, такие АЦП могут работать и с большей частотой дискретизации, но при увеличении последней помехозащищенность падает.

 

Спецификация АЦП

Существуют общие определения, которые принято использовать в отношении аналого-цифровых преобразователей. Тем не менее, характеристики, приводимые в технической документации производителей АЦП, могут показаться довольно путаными. Правильный же выбор оптимального по сочетанию своих характеристик АЦП для конкретного приложения требует точной интерпретации данных, приводимых в технической документации.

Наиболее часто путаемыми параметрами являются разрешающая способность и точность, хотя эти две характеристики реального АЦП крайне слабо связаны между собой. Разрешение не идентично точности, 12-разрядный АЦП может иметь меньшую точность, чем 8-разрядный. Для АЦП разрешение представляет собой меру того, на какое количество сегментов может быть поделен входной диапазон измеряемого аналогового сигнала (например, для 8-разрядного АЦП это 28=256 сегментов). Точность же характеризует суммарное отклонение результата преобразования от своего идеального значения для данного входного напряжения. То есть, разрешающая способность характеризует потенциальные возможности АЦП, а совокупность точностных параметров определяет реализуемость такой потенциальной возможности.

АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в выходной цифровой код. Для реальных преобразователей, изготавливаемых в виде интегральных микросхем, процесс преобразования не является идеальным: на него оказывают влияние как технологический разброс параметров при производстве, так и различные внешние помехи. Поэтому цифровой код на выходе АЦП определяется с погрешностью. В спецификации на АЦП указываются погрешности, которые дает сам преобразователь. Их обычно делят на статические и динамические. При этом именно конечное приложение определяет, какие характеристики АЦП будут считаться определяющими, самыми важными в каждом конкретном случае.

 

Статическая погрешность

В большинстве применений АЦП используют для измерения медленно изменяющегося, низкочастотного сигнала (например, от датчика температуры, давления, от тензодатчика и т.п.), когда входное напряжение пропорционально относительно постоянной физической величине. Здесь основную роль играет статическая погрешность измерения. В спецификации АЦП этот тип погрешности определяют аддитивная погрешность (Offset), мультипликативная погрешность (Full-Scale), дифференциальная нелинейность (DNL), интегральная нелинейность (INL) и погрешность квантования. Эти пять характеристик позволяют полностью описать статическую погрешность АЦП.

 

Идеальная передаточная характеристика АЦП

Передаточная характеристика АЦП – это функция зависимости кода на выходе АЦП от напряжения на его входе. Такой график представляет собой кусочно-линейную функцию из 2N “ступеней”, где N – разрядность АЦП. Каждый горизонтальный отрезок этой функции соответствует одному из значений выходного кода АЦП (см. рис. 7). Если соединить линиями начала этих горизонтальных отрезков (на границах перехода от одного значения кода к другому), то идеальная передаточная характеристика будет представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат.

Рис. 7 иллюстрирует идеальную передаточную характеристику для 3-х разрядного АЦП с контрольными точками на границах перехода кода. Выходной код принимает наименьшее значение (000b) при значении входного сигнала от 0 до 1/8 полной шкалы (максимального значения кода этого АЦП). Также следует отметить, что АЦП достигнет значения кода полной шкалы (111b) при 7/8 полной шкалы, а не при значении полной шкалы. Т.о. переход в максимальное значение на выходе происходит не при напряжении полной шкалы, а при значении, меньшем на наименьший значащий разряд (LSB), чем входное напряжение полной шкалы. Передаточная характеристика может быть реализована со смещением -1/2 LSB. Это достигается смещением передаточной характеристики влево, что смещает погрешность квантования из диапазона -1… 0 LSB в диапазон -1/2 … +1/2 LSB.

Из-за технологического разброса параметров при изготовлении интегральных микросхем реальные АЦП не имеют идеальной передаточной характеристики. Отклонения от идеальной передаточной характеристики определяют статическую погрешность АЦП и приводятся в технической документации.

 

Аддитивная погрешность

Идеальная передаточная характеристика АЦП пересекает начало координат, а первый переход кода происходит при достижении значения 1 LSB. Аддитивная погрешность (погрешность смещения) может быть определена как смещение всей передаточной характеристики влево или вправо относительно оси входного напряжения, как показано на рис.9. Таким образом, в определение аддитивной погрешности АЦП намеренно включено смещение 1/2 LSB.

 

Мультипликативная погрешность

Мультипликативная погрешность (погрешность полной шкалы) представляет собой разность между идеальной и реальной передаточными характеристиками в точке максимального выходного значения при условии нулевой аддитивной погрешности (смещение отсутствует). Это проявляется как изменение наклона передаточной функции, что иллюстрирует рис. 10.

Дифференциальная нелинейность

У идеальной передаточной характеристики АЦП ширина каждой “ступеньки” должна быть одинакова. Разница в длине горизонтальных отрезков этой кусочно-линейной функции из 2N “ступеней” представляет собой дифференциальную нелинейность (DNL).

Величина наименьшего значащего разряда у АЦП составляет Vref/2N, где Vref – опорное напряжение, N – разрешение АЦП. Разность напряжений между каждым кодовым переходом должна быть равна величине LSB. Отклонение этой разности от LSB определяются как дифференциальная нелинейность. На рисунке это показано как неравные промежутки между “шагами” кода или как “размытость” границ переходов на передаточной характеристике АЦП.

 

Интегральная нелинейность

Интегральная нелинейность (INL) – это погрешность, которая вызывается отклонением линейной функции передаточной характеристики АЦП от прямой линии, как показано на рис. 12. Обычно передаточная функция с интегральной нелинейностью аппроксимируется прямой линией по методу наименьших квадратов. Часто аппроксимирующей прямой просто соединяют наименьшее и наибольшее значения. Интегральную нелинейность определяют путем сравнения напряжений, при которых происходят кодовые переходы. Для идеального АЦП эти переходы будут происходить при значениях входного напряжения, точно кратных LSB. А для реального преобразователя такое условие может выполняться с погрешностью. Разность между “идеальными” уровнями напряжения, при которых происходит кодовый переход, и их реальными значениями выражается в единицах LSB и называется интегральной нелинейностью.

 

Погрешность квантования

Одна из наиболее существенных составляющих ошибки при измерениях с помощью АЦП – погрешность квантования -является результатом самого процесса преобразования. Погрешность квантования – это погрешность, вызванная значением шага квантования и определяемая как ½ величины наименьшего значащего разряда (LSB). Она не может быть исключена в аналого-цифровых преобразованиях, так как является неотъемлемой частью процесса преобразования, определяется разрешающей способностью АЦП и не меняется от АЦП к АЦП с равным разрешением.

 

Динамические характеристики

Динамические характеристики АЦП обычно определяют с помощью спектрального анализа, по результатам выполнения быстрого преобразования Фурье (БПФ) над массивом выходных значений АЦП, соответствующих некоторому тестовому входному сигналу.

На рис. 13 представлен пример частотного спектра измеряемого сигнала. Нулевая гармоника соответствует основной частоте входного сигнала. Все остальное представляет собой шум, который содержит гармонические искажения, тепловой шум, шум 1/f и шум квантования. Некоторые составляющие шума генерируются самим АЦП, некоторые могут поступать на вход АЦП из внешних цепей. Гармонические искажения, например, могут содержаться в измеряемом сигнале и одновременно генерироваться АЦП в процессе преобразования.

Отношение “сигнал/шум”

Отношение “сигнал/шум” (SNR) – это отношение среднеквадратического значения величины входного сигнала к среднеквадратическому значению величины шума (за исключением гармонических искажений), выраженное в децибелах:

SNR(dB) = 20 log [ Vsignal(rms)/ Vnoise(rms) ]

Это значение позволяет определить долю шума в измеряемом сигнале по отношению к полезному сигналу.

Шум, измеряемый при расчете SNR, не включает гармонические искажения, но включает шум квантования. Для АЦП с определенным разрешением именно шум квантования ограничивает возможности преобразователя теоретически лучшим значением отношения сигнал/шум, которое определяется как:

SNR(db) = 6.02 N + 1.76, 
где N – разрешение АЦП.

Спектр шума квантования АЦП стандартных архитектур имеет равномерное распределение по частоте. Поэтому величина этого шума не может быть уменьшена путем увеличения времени преобразования и последующего усреднения результатов. Шум квантования может быть снижен только путем проведения измерений с помощью АЦП большей разрядности.

Особенность сигма-дельта АЦП состоит в том, что спектр шума квантования у него распределен по частоте неравномерно – он смещен в сторону высоких частот. Поэтому, увеличивая время измерения (и, соответственно, количество выборок измеряемого сигнала), накапливая и затем усредняя полученную выборку (фильтр нижних частот), можно получить результат измерений с более высокой точностью. Естественно, при этом общее время преобразования будет возрастать.

Другие источника шума АЦП включают тепловой шум, шум составляющей 1/f и джиттер опорной частоты.

 

Общие гармонические искажения

Нелинейность в результатах преобразования данных приводит к появлению гармонических искажений. Такие искажения наблюдаются как “выбросы” в спектре частот на четных и нечетных гармониках измеряемого сигнала (рис. 15).

Эти искажения определяют как общие гармонические искажения (THD). Они определяются как:

Величина гармонических искажений уменьшается на высоких частотах до точки, в которой амплитуда гармоник становится меньше, чем уровень шума. Таким образом, если мы анализируем вклад гармонических искажений в результаты преобразования, это можно делать либо во всем спектре частот, ограничивая при этом амплитуду гармоник уровнем шума, либо ограничивая полосу частот для анализа. Например, если в нашей системе стоит ФНЧ, то высокие частоты нам просто неинтересны и высокочастотные гармоники не подлежат учету.

 

Отношение “сигнал/шум и искажения”

Отношение “сигнал/шум и искажения” (SiNAD) более полно описывает шумовые характеристики АЦП. SiNAD учитывает величину как шума, так и гармонических искажений по отношению к полезному сигналу. SiNAD рассчитывается по следующей формуле:

 

Динамический диапазон, свободный от гармоник

Динамический диапазон, свободный от гармоник, представляет собой разницу между величиной измеряемого сигнала и наибольшим пиком искажений (см. рис.16). Этот динамический диапазон обозначается как SFDR. Он ограничен снизу амплитудой максимальной гармоники паразитных выбросов на выходе АЦП в диапазоне его рабочих частот.

Спецификация АЦП, приводимая в технической документации на микросхемы, помогает обоснованно выбрать преобразователь для конкретного применения. В качестве примера рассмотрим спецификацию АЦП, интегрированного в новый микроконтроллер C8051F064 производства фирмы Silicon Laboratories.

 

Микроконтроллер C8051F064

Кристалл C8051F064 представляет собой скоростной 8-разрядный микроконтроллер для совместной обработки аналоговых и цифровых сигналов с двумя интегрированными 16-разрядными АЦП последовательных приближений. Встроенные АЦП могут работать в однопроводном и дифференциальном режимах при максимальной производительности до 1М отсчетов/сек. На рис. 17 приведены основные характеристики АЦП микроконтроллера C8051F064. Для самостоятельной оценки возможностей C8051F064 по цифровой и аналоговой обработке данных можно воспользоваться недорогим оценочным комплектом C8051F064EK (рис. 18). Комплект содержит оценочную плату на базе C8051F064, USB-кабель, документацию, а также программное обеспечение для тестирования аналоговых динамических и статических характеристик интегрированного высокоточного 16-разрядного АЦП.

VDD= 3.0 V, AV+ = 3.0 V, AVDD = 3.0 V, VREF = 2.50 V (REFBE=0), -40 to +85°, если не указано иначе
Параметры Условия Мин. Типичное Макс. Единицы измерения
Характеристики на постоянном токе
Разрядность     16   бит
Интегральная нелинейность Однопроводный   ±0.75 ±2 LSB
Однопроводный   ±0.5 ±1 LSB
Дифференциальная нелинейность Гарантированная монотонность   ±+0.5   LSB
Аддитивная погрешность (смещение)     0.1   мВ
Мультипликативная погрешность     0.008   % F.S.
Температурный коэффициент усиления     0.5   ppm/°C
Динамические характеристики (Частота дискретизации 1 Msps, AVDD, AV+ = 3.3 В)
Сигнал/шум и искажения Fin = 10 кГц, однопроводный   86   дБ
Fin = 100 кГц, однопроводный   84   дБ
Fin = 10 кГц, дифференциальный   89   дБ
Fin = 100 кГц, дифференциальный   88   дБ
Общие гармонические искажения Fin = 10 кГц, однопроводный   96   дБ
Fin = 100 кГц, однопроводный   84   дБ
Fin = 10 кГц, дифференциальный   103   дБ
Fin = 100 кГц, дифференциальный   93   дБ
Динамический диапазон, свободный от гармоник Fin = 10 кГц, однопроводный   97   дБ
Fin = 100 кГц, однопроводный   88   дБ
Fin = 10 кГц, дифференциальный   104   дБ
Fin = 100 кГц, дифференциальный   99   дБ

Cписок литературы.

  1. http://www.wbc-europe.com/en/services/pim_application_guide.html
  2. www.silabs.com

Безлицензионный высокоскоростной АЦП LM15851 – PT Electronics

11 Авг 2017

Автор статьи

Александр Самарин

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2015)

Скачать статью в формате PDF (575 КБ)


Компания Texas Instruments является одним из ведущих производителей микросхем сверхвысокочастотных АЦП, а также других интегральных ВЧ-устройств для спектральной цифровой обработки, работающих в гигагерцовом диапазоне преобразования. Позиции фирмы были значительно усилены в данном секторе благодаря использованию технологий, разработанных ранее компанией National Semiconductor, которая стала подразделением TI после ее приобретения компанией TI в апреле 2011 года.

Сверхвысокочастотные АЦП широко используются в цифровых осциллографах, тестовых измерительных приборах, промышленных АЦП, автоматизированном тестовом оборудовании для микросхем и приборов, а также радарных системах и сканерах, в медицинском диагностическом оборудовании, в приемниках базовых станций мобильной связи (GSM/EDGE, CDMA2000, UMTS, LTE и WiMax), в широкодиапазонных цифровых приемниках и сканерах. Находят применение высокочастотные АЦП и для цифровой коррекции предыскажений ВЧ-сигналов. В данной статье рассматривается структура и принцип работы микросхемы LM15851, которая благодаря своим уникальным характеристикам может найти широкое применение в ряде секторов беспроводной связи и широковещательных систем связи.

Микросхема LM15851 является интегральным устройством для применения в широкодиапазонных цифровых приемных устройствах, содержащим целую систему аналоговой и цифровой обработки, модуль сверхширокополосного сэмплирования и цифровой фильтрации и подстройки частоты, а также современный интерфейс для последовательной передачи выходного цифрового потока данных. Устройство комбинирует системы для реализации AFE сверхскоростной с конфигурируемым цифровым блоком частотной настройки. Такая комбинация обеспечивает отличные характеристики для разработки гибких программно настраиваемых подсистем для цифровых тюнеров с широкой полосой для связных радиостанций для различных приложений. 

 

Основные параметры микросхемы LM15851
  • Рис. 1. Блок-схема микросхемы cверхскоростного АЦП LM15851


    Максимальная частота выборок: 4000 MSPS.
  • Минимальная частота выборок: 1000 MSPS.
  • Размер цифрового слова с выхода DDC: 30 разрядов (комплексное число I/Q).
  • Малый уровень шума и высокая линейность вплоть до частот 3 ГГц.
  • Конфигурируемый режим DDC.
  • Программируемый фактор децимации от 4 до 32.
  • При 4000 MSPS и 4-кратном факторе децимации достижима полоса полезного сигнала 800 МГц.
  • При 4000 MSPS и 32-кратном факторе децимации достижима полоса полезного сигнала 100 МГц.
  • IMD3 (интермодуляционные искажения): –64 dBc (Fin=2140 МГц+–30 МГц при -13 dBFS).
  • FPBW (–3 dB) полный диапазон входного сигнала, при котором гарантируется преобразование с уменьшением мощности сигнала на 3 дБ: 3,2 ГГц.
  • Низкая величина джиттера выходного сигнала: менее 1,4 пс при 8000 МГц.
  • Низкопрофильный интерфейс класса 1 JESD204B с малым числом выводов.
  • Автоматический выбор и определение числа линий интерфейса JESD204B.
  • Встроенный сигнал контроля уровня выходного сигнала с малой задержкой.
  • Малое потребление: 2 Вт (при 4000 MSPS и факторе децимации 10).
  • В неактивном режиме: менее 50 мВт .
  • Напряжения питания: 1,9 В и 1,2 В.
  • Корпус: низкопрофильный VQFN-68 с размером 10х10 мм.
  • Рабочий температурный диапазон: –40…+85 °C
  • Температура хранения: –65…+150 °С.

 

Области применения
  • Беспроводные системы передачи данных.
  • RF-сэмплинг для SDR (Software Defined Radio) приемников, например в автомагнитолах или музыкальных центрах.
  • Приемники радиорелейных каналов телекоммуникационных сетей.
  • Приемники Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) – для сетей кабельного телевидения.

Основой LM15851 является ядро сверхскоростного модуля АЦП, имеющего разрядность 12 бит. Для обеспечения такой высокой скорости сэмплирования используется архитектура с конвейерным преобразованием, калибровкой и интерполяцией, что обеспечивает высокую скорость сэмплирования наряду с очень высокими динамическими характеристиками и относительно низким энергопотреблением. После блока АЦП используется конфигурируемый блок DDC (Digital Down Converter), который реализован на очень малой площади КМОП-кристалла. Блок DDC обеспечивает прореживание (децимацию) данных выходного потока данных АЦП. Установка различных коэффициентов прореживания позволяет управлять полосой приемника (ultra-wideband, wideband или more-narrow-band) в системах связи. Выходной цифровой поток данных с выхода DDC блока направляется далее в кодер стандартного интерфейса JESD204B для последовательной передачи данных к потребителю (DSP, ASIC, FPGA). Кодер обеспечивает форматирование данных, скремблирование и кодирование в коде 8b10 B для улучшения помехоустойчивости канала передачи. Кроме того, кодер позволяет оптимизировать число линий, необходимых для передачи суммарного последовательного цифрового потока.

Входной дифференциальный сигнал имеет емкостную развязку с источником сигнала. Диапазон входного сигнала – не более 2 В. Во входной цепи имеется схема балансировки дифференциальных сигналов, а также схема калибровки, что позволяет значительно улучшить качество преобразования. Входной импеданс дифференциального входа усилителя образован двумя 50-омными резисторами, подключенными к общей земляной цепи. В микросхеме используется встроенный источник опорного напряжения, который может корректироваться внешней настройкой.

Входной аналоговый сигнал защелкивается по переднему фронту сигнала CLK. Микросхема LM15851 работает только при наличии на ее входе сигнала синхронизации CLK.

Рис. 2. Структура с аналоговой обработкой и выделение квадратурных составляющих полезного спектра I/Q

Цифровые радиоприемники часто содержат в составе блока DDC высокоскоростной АЦП. В зависимости от способа преобразования АЦП мог оцифровывать весь входной ВЧ-сигнала (несущая + сигнал модуляции) или оцифровывать сигнал только промежуточной частоты. В обоих случаях полезная информация содержится лишь в малом полезном частотном диапазоне. Для выделения полезного сигнала требуется устанавливать сложный фильтр. Использование DDC позволяет в цифровой форме производить фильтрацию полезного спектра из оцифрованного сигнала. Демодуляция и выделение данных производится в последующих блоках, входящих в состав FPGA или ASIC.

В приемнике с полностью аналоговой обработкой спектра применяются смесители и квадратурные синтезаторы частоты или же гетеродинные генераторы sin и cos. С помощью смесителей производилось понижение спектра полезного сигнала, фильтрация, а затем и демодуляция полезных составляющих спектра I/Q.

Как работает DDC?

На рис. 3 показана структура тракта цифрового приемника с DDC.

Рис. 3. Структура тракта цифрового приемника с DDC

После АЦП образуется цифровой поток с полосой 200 байт/с. Только малая часть полезного сигнала содержится в данном потоке. Блок DDC позволяет уменьшить полосу выходного потока за счет переноса спектра полезного сигнала.

 


Комментарий специалиста

Сергей Гавриленко, инженер по внедрению PT Electronics, [email protected]

Данная микросхема приобретает огромную актуальность на российском рынке, так как она поставляется без оформления каких-либо лицензий. АЦП обладает достойными характеристиками: высокой частотой сэмплирования до 4 ГГц, широкой полосой входного сигнала, 12 битовой разрядностью. Также в LM15851 иcпользуется современный выходной интерфейс JESD204B, который позволяет в разы увеличить скорость передачи данных и при этом уменьшить занимаемое пространство на плате.


 

Рассмотрим, например, радиосигнал, лежащий в диапазоне 39–40 МГц. Полоса полезного сигнала лежит в полосе 1 МГц. Однако обычно оцифровка производится с частотой 100 Mсэмпл/с, что соответствует частотам 200 Мбайт/с. Применение DDC позволяет выделить полосу 39–40 MГц и сдвинуть частоту полезного сигнала вниз до 1 MГц и упростить дальнейшую обработку. При этом достаточно будет использовать скорость выборки сэмплов всего 2,5 MГц, а скорость цифрового потока понизится до 5 Mбайт/с.

Рис. 4. Структура DDC блока

Рис. 5. Пример спектральной характеристики после DDC с децимацией 16

На вход блока DDC поступает сэмплированный 12-разрядный поток от АЦП. В первой ступени DDC производится выделение двух квадратурных потоков I/Q за счет использования смесителей частот, сдвинутых по фазе на 90°. Во второй секции DDC производится фильтрация сигналов в каналах I и Q за счет конфигурируемых прореживаний отсчетов данных. На выходе фильтров получаем комплексное 30-разрядное число (15 бит I и 15 бит Q).

На рис. 5 показана спектральная характеристика выходного сигнала при заданных параметрах входной частоты сэмплирования, заданном факторе децимации в блоке DDC.

 

Интерфейс JESD204B

Рис. 6. Применение интерфейса по стандарту JESD204B позволяет значительно упростить взаимную синхронизацию потоков данных от различных конвертеров, работающих в единой сетке системной синхронизации

Увеличение скоростей преобразования аналог-цифра и наоборот потребовало и увеличения скоростей передачи данных до устройства их обработки. До скоростей преобразования 10 Мbps/c использовались обычные параллельные шины с уровнями сигналов LVCMOS. Для передачи 16-разрядного параллельного кода требовалось 17 проводников на печатной плате) 16 данные + сигнал тактирования). При возрастании скоростей преобразования АЦП и ЦАП до уровня 1 Gbps для передачи скоростных потоков данных стали использоваться дифференциальные сигналы и последовательные протоколы передачи. Это позволило не только увеличить скорости передачи, но и оптимизировать пространство, занимаемое шиной данных конвертеров на печатной плате. 1-й вариант стандарта JESD204A был ориентирован на организацию высокоскоростной передачи данных между конвертерами (ЦАП или АЦП) и устройствами обработки (DSP, ASIC, FPGA). В первой версии стандарта для передачи скоростного потока можно было использовать от 1 до 2 дифференциальных пар (lane), которые были способны обеспечивать передачу сигналов до 3,125 Gbps. Уровни выходных дифференциальных сигналов – CML. В сигналах использовалась встроенная битовая синхронизация. В зависимости от режима могли использоваться или одна или две, что давало определенную свободу выбора при трассировке шины. Для улучшения надежности передачи за счет высокой устойчивости синхронизации данных в потоке стала использоваться скремблирование и избыточнее оверхед-кодирование 8b10b. Это мероприятие позволило исключать из последовательных потоков длинные последовательности нулей или единиц и улучшить выделение сигнала битовой синхронизации. Следующая версия стандарта, JESD204B, появилась в 2011 году и стала закономерным развитием предыдущей версии. Основным отличием стала возможность использовать большее число линий дифференциальных сигналов для повышения скоростей преобразования от 3,25 Gbps до 6,25 и 12,5 Gbps. Второе нововведение касалось возможности введения глобальной синхронизации нескольких потоков JESD204 от разных скоростных конвертеров за счет введения мастера опорной частоты.

В микросхеме LM15851 в зависимости от полосы полезного сигнала для передачи данных могут использоваться от одной дифференциальной CML-пары проводов до пяти.

Рис. 7. Сигналы синхронизации интерфейса JESD204B

На рис. 7 показана временная диаграмма синхронизации сигналов интерфейса JESD204B для работы с несколькими источниками.

 

Управляющий интерфейс SPI

Для загрузки управляющих параметров в конфигурационные регистры микросхемы LM15851 используются сигналы стандартного интерфейса SPI. Ниже, на рис. 8, показаны диаграммы сигналов интерфейса SPI.

Рис. 8. Диаграммы управляющего интерфейса SPI

Рис. 10. Типовая схема включения микросхемы LM15851 в цепи цифрового радиоприемного тракта

 

Корпус микросхемы и режимы охлаждения

Рис. 9. Цоколевка корпуса микросхемы LM15851

Микросхема LM15851 размещена в компактном корпусе размером всего 10×10 мм. Выделяемая мощность (около 2 Вт) достаточно большая для данного компактного корпуса, поэтому для надежного функционирования требуется обеспечить надежный теплоотвод. В документации на микросхему приведены рекомендации по организации необходимого теплоотвода. Можно обойтись и без применения внешнего радиатора, если использовать в качестве теплоотвода участок фольги нижнего слоя печатной платы площадью от 1 до 2 см2.

 

Типичная схема применения микросхемы

LM15851

На рис. 10 показана типовая схема включения микросхемы в цепи цифрового радиоприемного тракта.

Для обеспечения правильного функционирования микросхемы и достижения максимальных параметров, указанных в спецификации, требуется выполнение определенных требований по размещению сигналов, установке блокирующих конденсаторов для фильтрации по питанию. Пример оптимальной топологии при размещении микросхемы LM15851, а также трассировка сигналов по слоям печатной платы приведены в документации на микросхему.


Литература
  • LM15851 Ultra-Wideband RF Sampling Subsystem. Texas Instruments. September 2014.
  • The Theory of Digital Down Conversion. Hunt Engineering Rev 1.2 T.Hollis/R.Weir 26-06-2003

«Ангстрем» разработал “космические” микросхемы | Digital Russia

Микропроцессор “Спутник”

Российский разработчик и производитель микроэлектроники, в том числе, специального применения, и телекоммуникационного оборудования “Ангстрем” разработал комплект современных радиационно-стойких микросхем для космоса, говорится в сообщении компании.

Работы выполнялись по заказу Минпромторга в рамках опытно-конструкторских работ (ОКР) «Обработка-15». Создано пять изделий: микропроцессор «Спутник», мультиплексор и три типа аналого-цифровых преобразователей. Микросхемы могут использоваться как в комплекте, так и по отдельности, говорится в сообщении.

Главным изделием ОКРа «Обработка-15» является радиационно-стойкий отказоустойчивый 32-х разрядный микропроцессор «Спутник». Он предназначен для построения специализированной аппаратуры, в том числе контрольно-измерительных и телеметрических систем космических аппаратов. Конструктивные и схемотические решения позволяют эксплуатировать его в максимально жестких условиях космического пространства.

Применение процессора «Спутник» позволяет создавать системы управления космическими аппаратами совместимыми с международными стандартами CCSDS, а также снизить массогабаритные характеристики и потребляемую мощность аппаратуры контрольно-измерительных систем, телеметрии служебных систем космических аппаратов в 4-5 раз. Разработка процессора осуществлялась совместно с партнером – ООО «Цифровые решения».

Дополнительно к процессору были разработаны аналого-цифровые преобразователи. Изначально техническое задание по ОКРу «Обработка-15» предполагало создание только одного вида АЦП. Конструкторы ОАО «Ангстрем» предложили расширить этот перечень, чтобы перекрыть как можно больший спектр выполняемых задач. В итоге потребители получили не один, а три АЦП: 14-, 12- и 10-разрядный.

Еще одной важной микросхемой ОКР «Обработка-15» является мультиплексор, который позволяет собирать сигналы с десятков датчиков и передавать их далее на АЦП.

Весь комплект специальной микроэлектроники, разработанный ОАО «Ангстрем», соответствует требованиям Федерального космического агентства по стойкости к воздействию факторов космического пространства. Это позволяет использовать его как на околоземных орбитах, так и примежпланетных экспедициях.

Напомним, в феврале “Ангстрем” сообщал, что приступили к испытаниям макетных образцов радиационно-стойкой микроэлектроники. Ожидается, что по окончании этих работ станет возможным заменить на отечественную до 90% иностранной микроэлектроники, используемой сейчас в стратегических отраслях экономики России.

Микросхемы ICL7106, ICL7106R, ICL7106S – АЦП (характеристики, даташит)

Приведены справочные данные по микросхемам аналогово-цифровым преобразователям ICL7106, ICL7106R, ICL7106S, цоколевка, технические параметры, типовая схема включения. Микросхема ICL7106 представляет собой АЦП с выводом на 3,5 разрядный жидкокристаллический цифровой индикатор. Она применяется в измерительных приборах.

ICL7106 выпускается в трех вариантах корпусов: ICL7106 – PDIP-40, ICL7106R – PDIP-40 (с зеркальной разводкой выводов), и ICL7106S в корпусе MQFP (с четырехсторонним расположением выводов). А так же и в бескорпусном варианте.

Характеристики микросхемы

Электрические параметры:

  1. Максимально допустимое напряжение питания, не приводящее к порче = 15V.
  2. Номинальное напряжение питания = 9V.
  3. Потребляемый ток номинальный = 1mА.
  4. Потребляемый ток не более = 1,8 mА.
  5. Число разрядов индикации = 3,5
  6. Постоянное напряжение на входе относительно минуса питания = ЗV.
  7. Шкала  = 2V или 200mV.
  8. Температурный дрейф нуля не более  =  1 uV/С.
  9. Шум при Vвх=0, шкале 200 mV не более = 15 uV.

Назначение выводов микросхемы

Рис. 1. Цоколевка микросхемы ICL7106S.

Рис. 2. Цоколевка и расположение выводов для микросхем ICL7106, ICL7106R.

Типовая схема включения

Тактовая частота задается RC-цепью на выводах 38,39, 40 (или 1,2,3 для зеркальной разводки). Fosc = 0,45/(RC). Емкость должна быть не менее 50 пФ, сопротивление не менее 50 кОм. Типовая частота Fosc= 48 кГц.

Тактовая частота в 4 раза ниже Fosc.

С1 = 0,1 мкФ С2 = 0,47 мкФ C3 = 0,22 мкФ С4 = 100 пФ R2 = 47 кОм R3 = 100 кОм R5 = 1 МОм.

Для шкалы 0-199,0mV R1 = 24 кОм R4 = 1 кОм.

Для шкалы 0-1,999V R1 = 24 кОм R4 = 25 кОм.

Рис. 3. Типовая схема включения микросхемы-АЦП ICL7106.

Рис. 4. Эквивалентная схема микросхемы-АЦП ICL7106.

Celeron/gcc-STM32_ADS1256_ADC_driver: Драйвер АЦП: Микросхема ADS1256 [Texas Instruments] это Малошумящий 24-битный АЦП с SPI интерфейсом.

Микросхема ADS1256 [Texas Instruments] это Малошумящий 24-битный АЦП с SPI интерфейсом.

Драйвер АЦП “ADS1256” реализован для архитектуры микроконтроллеров “STM32 Cortex-M” с использование низкоуровневых драйверов для SPI и EXTI из стандартного фреймворка “STM32CubeFW”.

*К сожалению, в Интернете нашёл только любительские библиотеки (для Arduino) для работы с этим АЦП - поэтому ничего готового взять не удалось - пришлось создать свою версию Драйвера...*

Требования

Компилятор: GCC-совместимый (Keil, IAR)… Язык программирования “Си”.

Эта версия Драйвера заточена по микроконтроллеры STM32 Cortex-M и фреймворк “STM32CubeFW”.

*В принципе, драйвер можно легко портировать под другую архитектуру. Можно даже абстрагировать низкоуровневые методы в отдельный слой, и скомпоновать в отдельный модуль (портировочный адаптер). Но я пока этим не занимался...*

Для организации низкоуровневой коммуникации по Шинам данных, Драйвер "ADC1256" использует фреймворк "STM32CubeFW". 
Из фреймворка "STM32CubeFW", используются HAL-драйверы для встроенной в микроконтроллер периферии (SPI и GPIO).
В частности, используются методы: 

1) GPIO: HAL_GPIO_ReadPin / HAL_GPIO_WritePin / HAL_GPIO_TogglePin;

2) SPI: HAL_SPI_Receive / HAL_SPI_Transmit, HAL_SPI_Receive_IT / HAL_SPI_Transmit_IT; 

3) Для реализации режима "потоковой конверсии" (DATAC) - Обработчики прерываний SPI и EXTI подключены через Callback-функции:

	HAL_SPI_TxRxCpltCallback()

	HAL_GPIO_EXTI_Callback()

	Подключённые в STUB-модуле: "ads1256_InterruptHandlersConnector.c"

Особенности и Ограничения драйвера

  1. В Драйвере реализованы высокоуровневые API-функции для КОНФИГУРАЦИИ почти всех параметров и РЕЖИМОВ микросхемы ADS1256.

     Единственное, что не реализовано: настройка и **управление Портами GPIO** микросхемы ADS1256 (их 4 шт.) - решено пока не реализовывать, поскольку это редкоиспользуемая фича.
    
  2. В Драйвере реализованы функции “Асинхронной Конвертации Данных” (режим DATAC, на прерываниях: “EXTI” по DRDY, и по “SPI”).

     Но для работы этого продвинутого режима (DATAC) требуется обеспечить некоторые особенности аппаратной конфигурации (причём, это не ограничения данного Драйвера, а требования наследуемые из оригинального Datasheet на микросхему!) 
     Драйвер работает в предположении, что данные режимы обеспечены, в частности:
    
     SPI работает с "Full-Duplex Mode"; есть аппаратная шина DRDY; и др.
    
     Подробнее, эти требования расписаны в файле "ads1256.h" / в разделе "Потоковая конвертация: Асинхронное и неблокирующее..." / в комментарии "Требования и Ограничения".
    

    ПРИМЕЧАНИЕ:

     Если требования для обеспечения работы DATAC-режима не соблюдены - то "Асинхронная потоковая конвертация" запущена быть не может...
    
     Но, тем не менее, Драйвер АЦП всё ещё может ПОЛНОЦЕННО РАБОТАТЬ в режиме "одиночной финхронной выборки" и полностью доступны все API-методы для КОНФИГУРАЦИИ РЕЖИМОВ МИКРОСХЕМЫ.
    

    TESTING:

     Режим DATAC тестировался на максимальной скорости семплирования F_DATA=15000 SPS (в то время как абсолютный максимум для данной микросхемы = 30000 SPS), при скорости интерфейса F_SPI=562500 Гц.
    
     Результат: Периодический запрос Пакета данных (3байта) - вычитывается нормально. Запасы по таймингам есть. Но Скорость уже впритык.
    
  3. Реализован продвинутый модуль “ADS_STAT” – функции математической постобработки результатов конвертации: “усреднение скользящим окном”, “конвертация кода АЦП в реальные единицы измерение (в т.ч. Калибровка)”, “регистрация данных в Режиме потоковой конвертации”.

     Замечу, что этот модуль реализует функцию "Регистратор данных", который является ключевым для "Режима потоковой конвертации". Без этой фунции невозможно использование режима DATAC! 
     Хотя, вы можете написать свою версию 1) функции "Регистратор данных" 2) и вообще весь модуль "математической постобработки" целиком... 
    
     Между Драйвером АЦП "ads1256.c" и модулем математической постобработки "adc_stat.c" - нет жёстких зависимостей! Эти модули могут эксплуатироваться раздельно - просто их API спроектированы таким образом, что удобно использовать вместе - сателлитные модули.
    

Также, вы можете использовать модуль математической постобработки “adc_stat.c” и с любым другим АЦП (например, встроенным в микроконтроллер).

  1. В API Драйвера – Не реализован возврат “Кода ошибки” при выполнении API-методов. Т.е. не реализован традиционный метод, подобный: ADS1256_API_GetLastError()…

     Таким образом, после запуска Setter-методов - не совсем понятно, принял ли АЦП новую команду или нет? 
     А может АЦП вообще "завис" или "отвалился от Шины"?
    

Впрочем, такая модель принята для упрощения реализации драйвера, и чтобы сделать коммуникацию с АЦП более “легковесной”.

    Т.е. поскольку АЦП удалённый, то Setter-метод и сам не знает "принял ли АЦП очередную команду?.." 
    Для проверки реакции удалённого АЦП, по хорошему: каждому Setter-методу после отработки нужно было бы, каждый раз, вызывать парный ему Getter-метод и сверять возвращённый параметр с установленным ранее. 
    Но "Setter" и "Getter" методы реализованы "атомарно" (принята такая концепция) - каждый делает только свою функцию.

Рекомендую как метод:

    Если вам требуется достоверно убедиться, что АЦП принял устанавливаемый режим - то, после инициализации, вызовите серию Getter-методов самостоятельно, чтобы запросить текущий режим АЦП, и сверьте со своими установками.

    А в качестве "Keep alive / Ping" можете периодически вызывать метод: ADS1256_API_GetDeviceID()... Или, уж лучше сразу: ADS1256_API_ReadLastData(). Мне хватало последнего.

Советы по аппаратной реализации Шины связи с АЦП

Очень советую вам не игнорировать, а реализовать в аппаратной части “Шину CS” (Chip Select) – этот сигнал СТРОБИРУЕТ НАЧАЛО СЕССИИ КОММУНИКАЦИИ с АЦП. Таким образом, ПРЕПЯТСТВУЕТ СРЫВУ СИНХРЫ !!! Да, сигнал CS предназначен не только для управления несколькими “Ведомыми” по одной Шине, но и обеспечивает стабильность связи даже с Одним Ведомым.

    Без Строба по CS - Если по каким-то причинам (по причине НАНОСЕКУНДНОЙ ПОМЕХИ, конечно же) по шине SCLK пройдёт лишний фронт - то ВСЯ ДАЛЬНЕЙШАЯ КОММУНИКАЦИЯ с АЦП будет полностью похерена, до "сброса по питанию"! 
    (Будут просто идти мусорные данные от АЦП, а он вас "не услышит", поскольку все команды будет воспринимать со сдвигом на один бит... Наступал на эти грабли!)
    Таким образом, АЦП даже не воспримет команду RESET и повторную последовательность Инициализации - это будет уже бестолку.

    *Напомню: микросхема АЦП работает в режиме "Ведомого", а потому только слушает шину SCLK. И никакого альтернативного канала связи, чтобы сообщить микроконтроллеру о своём здоровье, не имеет - кроме как по Шине SPI. И если нарушается связь по SPI, то АЦП становится неуправляемым!*

    В какой-то мере, после срыва синхронизации, микроконтроллер мог бы восстановить работоспособность АЦП послав ему "Сигнал Сброс по внешней асинхронной аппаратной Шине /RESET" (есть такой вход у микросхемы).
    Но замечу, после "аппаратного Reset" - требуется полная переинициализация Микросхемы АЦП. Это долго. И сложно реализовывать алгоритм эвристической детекции, что "АЦП двинулся синхрой и несёт какой-то бред"... Не рекомендую этот путь!

    Гораздо лучше и эффективнее: ПЕРЕД КАЖДОЙ сессией коммуникации с АЦП (типа, "команда-ответ") - разрешать Шину сигналом "Chip Select" - при этом, каждый раз, микросхема АЦП переинициализирует только свой интерфейс SPI.
    После получения "ответа" от АЦП, сигнал CS возвращается в "пассивное состояние". Такая логика реализована в этом Драйвере. И такая логика рекомендована Datasheet.

    При этом, даже если и пройдёт "наносекундная помеха" и будет срыв синхры - то похерится только текущий пакет данных. Но уже при следующей команде - коммуникация восстановится автоматически.
    Если помеха пройдёт не на этапе реконфигурации АЦП, а при очередном запросе результатов конвертации (что наиболее вероятно), то такой сбой даже не будет замечен (поскольку "сбойный замер" будет усреднён "скользящим окном" постобработки и отброшен как "статистическая погрешность").

Очень рекомендую сделать Подтяжки Шины, для самых критичных сигналов:

    **SCLK подтянуть к GND (подтяжкой 5K)**

    **/CS подтянуть к VDD (подтяжкой 5K)**

    *(Это очень важно, особенно в момент включения Питания: когда микроконтроллер ещё не проинициализирован и его Порты ввода/вывода находятся в высокоимпедансном состоянии - таким образом, Шина SPI полностью не управляема и по ней идёт всякий мусор от помех - и прямо в АЦП. Чтобы не случилось так, что Микроконтроллер проснётся, начнёт осознавать своё окружения - а АЦП уже "сдох", наловив мусорных данных, и уйдя в "глубокую залочку"...)*

    Подтяжка 5K может показаться великоватой, но такой номинал хорошо себя зарекомендовал в промышленной автоматике, в сильношумном окружении... Можете использовать номинал для подтяжек 5K..15K. (Меньше 15K не рекомендую использовать, в любом случае.)

Следующие Шины не столь критичны, здесь по желанию:

   DIN и DOUT подтягивать не нужно - АЦП "глух и нем" к ним, в случае отсутствия сигнала синхры.

   /RESET можно жестко подтянуть к VDD и не использовать (мне он непригодился)

Благодарности другим Авторам, материалы которых использовались

Помимо официального Datasheet: http://www.ti.com/product/ADS1256

Ориентировался на код других библиотек (любительских под Arduino):

supremeremixx @ http://www.cyberforum.ru/arm/thread2226883.html

Adien Akhmad @ https://github.com/adienakhmad/ADS1256

Flydroid @ https://github.com/Flydroid/ADS12xx-Library

% PDF-1.5 % 656 0 объект > эндобдж xref 656 63 0000000016 00000 н. 0000001629 00000 н. 0000001745 00000 н. 0000004676 00000 н. 0000004911 00000 н. 0000004942 00000 н. 0000005120 00000 н. 0000005346 00000 п. 0000011681 00000 п. 0000012752 00000 п. 0000013423 00000 п. 0000013988 00000 п. 0000014409 00000 п. 0000014431 00000 п. 0000017807 00000 п. 0000018225 00000 п. 0000024410 00000 п. 0000025195 00000 п. 0000025706 00000 п. 0000026184 00000 п. 0000026484 00000 п. 0000027110 00000 п. 0000028054 00000 п. 0000028445 00000 п. 0000029495 00000 п. 0000029518 00000 п. 0000029559 00000 п. 0000031057 00000 п. 0000031080 00000 п. 0000032637 00000 п. 0000032660 00000 п. 0000033417 00000 п. 0000033740 00000 п. 0000033896 00000 п. 0000034161 00000 п. 0000035724 00000 п. 0000035747 00000 п. 0000036101 00000 п. Q נ cB6N [& ÃIvS? mod & e, `C ׸ h ջ- ԎZg_ # dfP \; PIcm } z-> ֥ PkDx1: x [sA% E * -іD7 6hfCJyBP # ((M

.OXRd% uL / i, Y # \ S, “\? EAVA (PaņQUxv

% PDF-1.4 % 510 0 объект > эндобдж xref 510 192 0000000016 00000 н. 0000004192 00000 н. 0000004332 00000 н. 0000007451 00000 п. 0000007915 00000 н. 0000007999 00000 н. 0000008092 00000 н. 0000008221 00000 н. 0000008311 00000 н. 0000008418 00000 н. 0000008566 00000 н. 0000008622 00000 н. 0000008763 00000 н. 0000008831 00000 н. 0000008951 00000 п. 0000009019 00000 н. 0000009141 00000 п. 0000009209 00000 н. 0000009322 00000 п. 0000009390 00000 н. 0000009501 00000 п. 0000009569 00000 н. 0000009682 00000 н. 0000009749 00000 н. 0000009867 00000 н. 0000009937 00000 н. 0000010055 00000 п. 0000010125 00000 п. 0000010243 00000 п. 0000010313 00000 п. 0000010426 00000 п. 0000010496 00000 п. 0000010602 00000 п. 0000010672 00000 п. 0000010774 00000 п. 0000010844 00000 п. 0000010952 00000 п. 0000011022 00000 п. 0000011132 00000 п. 0000011202 00000 п. 0000011302 00000 п. 0000011372 00000 п. 0000011437 00000 п. 0000011493 00000 п. 0000011611 00000 п. 0000011667 00000 п. 0000011795 00000 п. 0000011851 00000 п. 0000011977 00000 п. 0000012033 00000 п. 0000012158 00000 п. 0000012214 00000 п. 0000012340 00000 п. 0000012396 00000 п. 0000012509 00000 п. 0000012565 00000 п. 0000012718 00000 п. 0000012774 00000 п. 0000012921 00000 п. 0000012977 00000 п. 0000013104 00000 п. 0000013160 00000 п. 0000013300 00000 п. 0000013356 00000 п. 0000013474 00000 п. 0000013530 00000 п. 0000013661 00000 п. 0000013717 00000 п. 0000013848 00000 п. 0000013904 00000 п. 0000014034 00000 п. 0000014090 00000 н. 0000014223 00000 п. 0000014279 00000 п. 0000014396 00000 п. 0000014452 00000 п. 0000014569 00000 п. 0000014625 00000 п. 0000014742 00000 п. 0000014798 00000 п. 0000014915 00000 п. 0000014971 00000 п. 0000015086 00000 п. 0000015142 00000 п. 0000015260 00000 п. 0000015316 00000 п. 0000015456 00000 п. 0000015512 00000 п. 0000015642 00000 п. 0000015698 00000 п. 0000015840 00000 п. 0000015896 00000 п. 0000016017 00000 п. 0000016073 00000 п. 0000016213 00000 п. 0000016269 00000 п. 0000016390 00000 п. 0000016446 00000 п. 0000016565 00000 п. 0000016621 00000 п. 0000016767 00000 п. 0000016823 00000 п. 0000016934 00000 п. 0000016990 00000 н. 0000017123 00000 п. 0000017179 00000 п. 0000017288 00000 п. 0000017344 00000 п. 0000017456 00000 п. 0000017512 00000 п. 0000017619 00000 п. 0000017675 00000 п. 0000017803 00000 п. 0000017859 00000 п. 0000017987 00000 п. 0000018043 00000 п. 0000018172 00000 п. 0000018228 00000 п. 0000018357 00000 п. 0000018413 00000 п. 0000018539 00000 п. 0000018595 00000 п. 0000018723 00000 п. 0000018779 00000 п. 0000018905 00000 п. 0000018961 00000 п. 0000019086 00000 п. 0000019142 00000 п. 0000019270 00000 п. 0000019326 00000 п. 0000019451 00000 п. 0000019507 00000 п. 0000019563 00000 п. 0000019628 00000 п. 0000019659 00000 п. 0000019795 00000 п. 0000020288 00000 п. 0000020875 00000 п. 0000021352 00000 п. 0000022202 00000 п. 0000022675 00000 п. 0000022890 00000 н. 0000023273 00000 п. 0000028704 00000 п. 0000029439 00000 п. 0000029938 00000 н. 0000030802 00000 п. 0000031255 00000 п. 0000031921 00000 п. 0000036469 00000 п. 0000036645 00000 п. 0000037084 00000 п. 0000037530 00000 п. 0000037871 00000 п. 0000038665 00000 п. 0000038688 00000 п. 0000038986 00000 п. 0000039726 00000 п. 0000039952 00000 н. 0000040223 00000 п. 0000040337 00000 п. 0000041935 00000 п. 0000041958 00000 п. 0000043370 00000 п. 0000043392 00000 п. 0000044230 00000 п. 0000044253 00000 п. 0000045407 00000 п. 0000045429 00000 п. 0000046426 00000 н. 0000046449 00000 н. 0000047015 00000 п. 0000047265 00000 п. 0000048119 00000 п. 0000048500 00000 н. 0000048782 00000 п. 0000048885 00000 п. 0000050617 00000 п. 0000051825 00000 п. 0000051848 00000 п. 0000053330 00000 п. 0000053353 00000 п. 0000054165 00000 п. 0000054243 00000 п. 0000054322 00000 п. 0000060204 00000 п. 0000063969 00000 п. 0000071140 00000 п. 0000074964 00000 п. 0000076766 00000 п. 0000004396 00000 н. 0000007428 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 511 0 объект > эндобдж 512 0 объект > эндобдж 700 0 объект > ручей HU} v./ как [YWF> r Jk Չ ‘% uH.c ᓟ, p]} 9xE2_ конечный поток эндобдж 11 0 объект > / XObject >>> / Annots [8 0 R 9 0 R] / Parent 5 0 R / MediaBox [0 0 612 792] >> эндобдж 13 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 14 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 15 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 16 0 объект > поток x10Ew⏰i: @ VDI% D ڥ i # 3 ‘얖 tk ֎ BA) `v-YlWEL & = Sj \ FqyHU] CUox5 |] wa5Y۳Bȥ ) 0su & HI / KT ޿ sk0N8> H конечный поток эндобдж 17 0 объект > / XObject >>> / Аннотации [13 0 R 14 0 R 15 0 R] / Родительский 5 0 R / MediaBox [0 0 612 792] >> эндобдж 19 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3.RͶ} ERX9 ~ s [d-Ka ܻ ~ ° laYkh ~ P Ջ D) \> RR’A K;> = N˶8 HGoFoFo конечный поток эндобдж 24 0 объект > / XObject >>> / Аннотации [19 0 R 20 0 R 21 0 R 22 0 R] / Родитель 5 0 R / MediaBox [0 0 612 792] >> эндобдж 26 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 27 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 28 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 29 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3.NLLL˛547 конечный поток эндобдж 32 0 объект > / XObject >>> / Аннотации [26 0 R 27 0 R 28 0 R 29 0 R 30 0 R] / Родительский 5 0 R / MediaBox [0 0 612 792] >> эндобдж 34 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 35 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 36 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 37 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3.34 103.45 10,74] >> эндобдж 38 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 39 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 40 0 объект > поток x 퐻 0Ew a I $ 0x @ VDi% D ڥ S ~% k ߖ3- P09ˈ-9b! @LJ {jSp @__ Fo-c cuPw1 {7OV: SJfVZ -tR ~

R͋ | N% 6 s {0p] {qA | fo7 ٛ M> sB конечный поток эндобдж 41 0 объект > / XObject >>> / Аннотации [34 0 R 35 0 R 36 0 R 37 0 R 38 0 R 39 0 R] / Родительский 5 0 R / MediaBox [0 0 612 792] >> эндобдж 43 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3.34 103,45 10,74] >> эндобдж 44 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 45 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 46 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 47 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 48 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3,34 103,45 10,74] >> эндобдж 49 0 объект > / Подтип / Ссылка / C [0 0 1] / Граница [0 0 0] / Прямоугольник [63 3.34 103,45 10,74] >> эндобдж 50 0 объект > поток x 퐻 0Ew a I40x̅JK | Cb): – pmBArcv-% Yc # OFjcp8O_WFE54Y ~ R + n0 & [ͬ, 49r) r ​​+ B) »0su & II-K

5962-01-215-6110 – ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМО, ADC10Z002 , АЦП-10Z-002, 2401080

×

Группа 85: Электрические машины, оборудование и их части; Звукозаписывающие и воспроизводящие устройства, устройства записи и воспроизведения телевизионного изображения и звука, а также их части и принадлежности

График B No.и товарные позиции Описание товара Кол-во единиц
85,42 – Схемы электронные интегральные; их части:
– – Электронные интегральные схемы:
8542.31.0000 – – – Процессоры и контроллеры, в сочетании с запоминающими устройствами, преобразователями, логическими схемами или без них , усилители, тактовые и временные схемы или другие схемы No.
8542.32 – – – Воспоминания:
– – – – Динамический произвольный доступ для чтения и записи:
8542.32.0015 – – – – – Не более 1 гигабита No.
8542.32.0023 – – – – – Более 1 гигабита No.
8542.32.32.0040 – – – – Статическое чтение-запись с произвольным доступом (SRAM) No.
8542.32.0050 – – – – Электрически стираемая программируемая постоянная память (EEPROM) No.
8542.32.0060 – – – – Стираемая (кроме электрически) программируемая постоянная память (СППЗУ)
8542.32.0070 – – – – Другое Нет .
8542.33.0000 – – – Усилители
8542.39.0000 – – – Прочие
8542.90.0000 – – – Детали X

Практические микросхемы для портативной акустофлюидики

* Соответствующие авторы

a Программа материаловедения и инженерии, Калифорнийский университет в Сан-Диего, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093, США
Электронная почта: jfriend @ ucsd.edu, http://friend.ucsd.edu

б Лаборатория передовых медицинских устройств, Центр медицинских устройств, Департамент механической и аэрокосмической инженерии, Школа инженерии Джейкобса и Департамент медицины, Школа медицины, Калифорнийский университет Сан-Диего, 9500 Gilman Drive MC0411, Ла-Холья, Калифорния 92093, США

с Институт Qualcomm, Калифорнийский университет в Сан-Диего, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093, США

д В настоящее время доцент кафедры электротехники Университета Бэйлора, Вако, Техас 76798–7141, США

e Новые вакцины, Детский научно-исследовательский институт Мердока, Исследования новорожденных, Королевская детская больница, Исследования новорожденных, Королевская женская больница, Департамент педиатрии, Мельбурнский университет, Парквилл, Виктория 3052, Австралия

% PDF-1.4 % 2883 0 объект > эндобдж xref 2883 430 0000000016 00000 н. 0000008956 00000 н. 0000009245 00000 н. 0000009303 00000 п. 0000012352 00000 п. 0000015067 00000 п. 0000015154 00000 п. 0000015245 00000 п. 0000015344 00000 п. 0000015461 00000 п. 0000015519 00000 п. 0000015639 00000 п. 0000015697 00000 п. 0000015869 00000 п. 0000015927 00000 н. 0000016099 00000 п. 0000016157 00000 п. 0000016277 00000 п. 0000016383 00000 п. 0000016441 00000 п. 0000016565 00000 п. 0000016623 00000 п. 0000016681 00000 п. 0000016862 00000 п. 0000016920 00000 н. 0000017036 00000 п. 0000017147 00000 п. 0000017205 00000 п. 0000017333 00000 п. 0000017391 00000 п. 0000017515 00000 п. 0000017573 00000 п. 0000017701 00000 п. 0000017759 00000 п. 0000017817 00000 п. 0000017976 00000 п. 0000018034 00000 п. 0000018133 00000 п. 0000018258 00000 п. 0000018316 00000 п. 0000018432 00000 п. 0000018490 00000 п. 0000018603 00000 п. 0000018661 00000 п. 0000018784 00000 п. 0000018842 00000 п. 0000018966 00000 п. 0000019024 00000 п. 0000019082 00000 п. 0000019246 00000 п. 0000019304 00000 п. 0000019405 00000 п. 0000019505 00000 п. 0000019563 00000 п. 0000019621 00000 п. 0000019802 00000 п. 0000019860 00000 п. 0000019947 00000 п. 0000020058 00000 н. 0000020116 00000 п. 0000020243 00000 п. 0000020301 00000 п. 0000020437 00000 п. 0000020495 00000 п. 0000020636 00000 п. 0000020694 00000 п. 0000020832 00000 п. 0000020890 00000 н. 0000021027 00000 п. 0000021085 00000 п. 0000021217 00000 п. 0000021275 00000 п. 0000021333 00000 п. 0000021511 00000 п. 0000021569 00000 п. 0000021683 00000 п. 0000021785 00000 п. 0000021843 00000 п. 0000021964 00000 п. 0000022022 00000 н. 0000022150 00000 п. 0000022208 00000 п. 0000022324 00000 п. 0000022382 00000 п. 0000022492 00000 п. 0000022550 00000 п. 0000022679 00000 п. 0000022737 00000 п. 0000022871 00000 п. 0000022929 00000 п. 0000023075 00000 п. 0000023133 00000 п. 0000023263 00000 п. 0000023321 00000 п. 0000023379 00000 п. 0000023503 00000 п. 0000023561 00000 п. 0000023666 00000 п. 0000023760 00000 п. 0000023818 00000 п. 0000023928 00000 п. 0000023986 00000 п. 0000024121 00000 п. 0000024179 00000 п. 0000024293 00000 п. 0000024351 00000 п. 0000024409 00000 п. 0000024467 00000 п. 0000024637 00000 п. 0000024756 00000 п. 0000024813 00000 п. 0000024947 00000 п. 0000025054 00000 п. 0000025112 00000 п. 0000025236 00000 п. 0000025294 00000 п. 0000025416 00000 п. 0000025474 00000 п. 0000025602 00000 п. 0000025660 00000 п. 0000025799 00000 н. 0000025857 00000 п. 0000025998 00000 н. 0000026056 00000 п. 0000026113 00000 п. 0000026226 00000 п. 0000026283 00000 п. 0000026477 00000 н. 0000026534 00000 п. 0000026702 00000 п. 0000026759 00000 п. 0000026845 00000 п. 0000026951 00000 п. 0000027008 00000 н. 0000027065 00000 п. 0000027232 00000 п. 0000027289 00000 н. 0000027393 00000 п. 0000027490 00000 н. 0000027547 00000 п. 0000027655 00000 п. 0000027712 00000 п. 0000027846 00000 н. 0000027903 00000 н. 0000028024 00000 п. 0000028081 00000 п. 0000028212 00000 п. 0000028269 00000 п. 0000028398 00000 п. 0000028455 00000 п. 0000028587 00000 п. 0000028644 00000 п. 0000028778 00000 п. 0000028835 00000 п. 0000028965 00000 п. 0000029022 00000 н. 0000029079 00000 п. 0000029204 00000 п. 0000029261 00000 п. 0000029360 00000 п. 0000029454 00000 п. 0000029511 00000 п. 0000029654 00000 п. 0000029711 00000 п. 0000029845 00000 п. 0000029902 00000 н. 0000030031 00000 п. 0000030088 00000 п. 0000030199 00000 п. 0000030256 00000 п. 0000030374 00000 п. 0000030431 00000 п. 0000030559 00000 п. 0000030616 00000 п. 0000030740 00000 п. 0000030797 00000 п. 0000030926 00000 п. 0000030983 00000 п. 0000031112 00000 п. 0000031169 00000 п. 0000031298 00000 п. 0000031355 00000 п. 0000031471 00000 п. 0000031528 00000 п. 0000031648 00000 н. 0000031705 00000 п. 0000031762 00000 п. 0000031933 00000 п. 0000031990 00000 п. 0000032108 00000 п. 0000032165 00000 п. 0000032263 00000 п. 0000032363 00000 п. 0000032420 00000 п. 0000032542 00000 п. 0000032599 00000 н. 0000032710 00000 п. 0000032767 00000 п. 0000032883 00000 п. 0000032940 00000 п. 0000033044 00000 п. 0000033101 00000 п. 0000033158 00000 п. 0000033284 00000 п. 0000033341 00000 п. 0000033495 00000 п. 0000033552 00000 п. 0000033676 00000 п. 0000033733 00000 п. 0000033878 00000 п. 0000034023 00000 п. 0000034138 00000 п. 0000034238 00000 п. 0000034295 00000 п. 0000034352 00000 п. 0000034479 00000 п. 0000034536 00000 п. 0000034593 00000 п. 0000034701 00000 п. 0000034805 00000 п. 0000034862 00000 п. 0000034919 00000 п. 0000035043 00000 п. 0000035100 00000 п. 0000035211 00000 п. 0000035268 00000 п. 0000035383 00000 п. 0000035440 00000 п. 0000035577 00000 п. 0000035634 00000 п. 0000035691 00000 п. 0000035804 00000 п. 0000035861 00000 п. 0000035977 00000 п. 0000036034 00000 п. 0000036157 00000 п. 0000036214 00000 п. 0000036327 00000 п. 0000036384 00000 п. 0000036500 00000 п. 0000036556 00000 п. 0000036679 00000 п. 0000036750 00000 п. 0000036868 00000 н. 0000036926 00000 п. 0000037037 00000 п. 0000037095 00000 п. 0000037153 00000 п. 0000037211 00000 п. 0000037244 00000 п. 0000037387 00000 п. 0000037916 00000 п. 0000038703 00000 п. 0000039491 00000 п. 0000039610 00000 п. 0000040403 00000 п. 0000041208 00000 п. 0000041708 00000 п. 0000045365 00000 п. 0000045549 00000 п. 0000045777 00000 п. 0000046260 00000 п. 0000047038 00000 п. 0000047513 00000 п. 0000048192 00000 п. 0000048727 00000 н. 0000048758 00000 п. 0000048788 00000 н. 0000048819 00000 н. 0000049104 00000 п. 0000049394 00000 п. 0000049726 00000 п. 0000049750 00000 п. 0000051846 00000 п. 0000051870 00000 п. 0000053160 00000 п. 0000053183 00000 п. 0000054245 00000 п. 0000054593 00000 п. 0000054960 00000 п. 0000055264 00000 п. 0000055397 00000 п. 0000056764 00000 п. 0000056787 00000 п. 0000057513 00000 п. 0000057537 00000 п. 0000058639 00000 п. 0000058663 00000 п. 0000060081 00000 п. 0000060882 00000 п. 0000061504 00000 п. 0000069034 00000 п. 0000069058 00000 п. 0000070424 00000 п. 0000070448 00000 п. 0000072488 00000 п. 0000073267 00000 п. 0000078286 00000 п. 0000082509 00000 п. 0000088872 00000 н. 0000093833 00000 п. 0000093988 00000 п. 0000094141 00000 п. 0000094296 00000 п. 0000094449 00000 п. 0000094604 00000 п. 0000094757 00000 п. 0000094911 00000 п. 0000095066 00000 п. 0000095220 00000 п. 0000095375 00000 п. 0000095529 00000 п. 0000095684 00000 п. 0000095838 00000 п. 0000095993 00000 п. 0000096147 00000 п. 0000096302 00000 п. 0000096456 00000 п. 0000096611 00000 п. 0000096765 00000 п. 0000096920 00000 п. 0000097074 00000 п. 0000097229 00000 п. 0000097383 00000 п. 0000097538 00000 п. 0000097692 00000 п. 0000097847 00000 п. 0000098001 00000 п. 0000098156 00000 п. 0000098310 00000 п. 0000098465 00000 п. 0000098619 00000 п. 0000098774 00000 п. 0000098928 00000 п. 0000099083 00000 н. 0000099237 00000 п. 0000099392 00000 н. 0000099546 00000 н. 0000099701 00000 п. 0000099855 00000 п. 0000100010 00000 н. 0000100164 00000 н. 0000100319 00000 н. 0000100473 00000 н. 0000100628 00000 н. 0000100782 00000 н. 0000100937 00000 н. 0000101091 00000 н. 0000101246 00000 н. 0000101400 00000 н. 0000101555 00000 н. 0000101709 00000 н. 0000101864 00000 н. 0000102018 00000 н. 0000102173 00000 п. 0000102327 00000 н. 0000102482 00000 н. 0000102636 00000 н. 0000102791 00000 н. 0000102945 00000 н. 0000103100 00000 н. 0000103254 00000 н. 0000103409 00000 н. 0000103562 00000 н. 0000103770 00000 п. 0000103923 00000 н. 0000104078 00000 н. 0000104231 00000 п. 0000104386 00000 п. 0000104539 00000 п. 0000104693 00000 н. 0000104848 00000 н. 0000105002 00000 н. 0000105157 00000 н. 0000105311 00000 п. 0000105466 00000 н. 0000105620 00000 н. 0000105775 00000 п. 0000105929 00000 н. 0000106084 00000 н. 0000106238 00000 п. 0000106393 00000 п. 0000106547 00000 н. 0000106702 00000 н. 0000106856 00000 н. 0000107011 00000 п. 0000107165 00000 н. 0000107320 00000 н. 0000107474 00000 н. 0000107629 00000 н. 0000107783 00000 п. 0000107938 00000 п. 0000108092 00000 н. 0000108247 00000 н. 0000108401 00000 п. 0000108556 00000 п. 0000108710 00000 п. 0000108865 00000 н. 0000109019 00000 н. 0000109174 00000 п. 0000109328 00000 п. 0000109483 00000 н. 0000109637 00000 н. 0000109792 00000 н. 0000109946 00000 н. 0000110101 00000 п. 0000110255 00000 н. 0000110410 00000 п. 0000110564 00000 н. 0000110719 00000 н. 0000110873 00000 н. 0000111028 00000 н. 0000111182 00000 н. 0000111337 00000 н. 0000111491 00000 н. 0000111646 00000 н. 0000111800 00000 н. 0000111955 00000 н. 0000112109 00000 н. 0000112264 00000 н. 0000112418 00000 н. 0000112573 00000 н. 0000112727 00000 н. 0000112882 00000 н. 0000113036 00000 н. 0000113191 00000 н. 0000113344 00000 п. 0000113424 00000 н. 0000009458 00000 п. 0000012328 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 2884 0 объект > / PageMode / UseOutlines / AcroForm 2886 0 R / PageLayout / SinglePage / SpiderInfo 2882 0 R >> эндобдж 2885 0 объект > эндобдж 2886 0 объект > / Кодировка> >> / DA (/ Helv 0 Tf 0 г) >> эндобдж 3311 0 объект > ручей HVkTSW E 0QQBPZh2610q | Z f`M) /! (F4 “ysn3j ޓ u {9 A6 = 9 @ v).Ӵq̢iχQtmk% 3S (+ TPHu V, Q%; f00gC3; j3>,] p [(5LC-‘Jtrj + VkQ \ * au # nhTћv \ 1] Mw0czGTPœPA // {mUKε ~! 퇋 F 5 (c_3xD & Ӝu] r1yH_Ȟ9nXidG {P (O ~ qAs} RVl / L.o Nt {) ƳӟJ + / * kkb_, nZ (gMlvk | jmzyЙp,

Замена и расширение устаревших микросхем конкурентов и производственные возможности

Ищете решение проблемы сокращения производственных ресурсов и нехватки материалов (DMSMS) компонентов? DATEL специализируется на замене и усовершенствовании устаревших микросхем. Как ведущий разработчик и производитель систем сбора данных и компонентов на протяжении более 40 лет, наши клиенты часто обращаются к DATEL с просьбой помочь им решить проблему устаревания, окончания срока службы (EOL) и / или ограниченного доступа к квалифицированным устаревшим продуктам.У нас есть уникальные возможности для предоставления альтернативных решений текущим и зрелым оборонным и аэрокосмическим программам, которые страдают от сокращающихся проблем с базой поставщиков.

Компания DATEL имеет многолетний опыт проектирования и производства цифровых и аналоговых продуктов для коммерческого, промышленного, медицинского и военного, аэрокосмического рынков, предлагая:

  • Стандартные, специальные или нестандартные продукты
  • Функция подгонки формы для устаревших продуктов
  • Решение для замены при сокращении производственных источников и нехватке материалов (DMSMS)
  • Приложения малого и большого объема
  • Без устаревания – продукты DATEL гарантированно доступны для долгосрочных программ
  • Доступные версии продуктов / систем RoHS и без RoHS
  • Вся продукция коммерческого, промышленного, медицинского и военного назначения производится на нашем предприятии, сертифицированном по стандарту MIL-PRF-38534 в Мэнсфилде.
  • Герметичная упаковка
  • Внутренние экологические испытания

Для получения более подробной информации свяжитесь с нами Просмотреть брошюру о возможностях


HI-REL
Поставщик радарных систем получил уведомление об окончании срока службы от своего поставщика аналого-цифровых преобразователей и нуждался в срочной замене.Наш дизайн представлял собой решение по форме и подгонке, которое повысило общую точность их системы. В то время как эквивалентная деталь была единственным требованием, продукт Datel A / D был функциональным обновлением.

Медицинская визуализация
Ведущий производитель медицинских систем визуализации , утвержденных FDA, использовал аналого-цифровой преобразователь высокого разрешения. Было обнаружено, что определенные условия могут привести к появлению примесей в изображении.Группа инженеров Datel диагностировала состояние и внесла изменения в конструкцию, которые устранили примеси, что позволило продолжить производство без необходимости повторного утверждения FDA, требующего затрат времени. Теперь мы являемся предпочтительным поставщиком одно-, двух- и четырехканальных преобразователей данных. и первое контактное лицо по всем новым проектам.

Aerospace
Размещенный в герметичном корпусе с малым весом, мы разработали многоканальный, полностью протестированный DAS с высоким разрешением и точным диапазоном входных сигналов и требованиями по времени для производителей авиационных двигателей и космических силовых установок .

Обработка изображений ПЗС
Как интегрировать коррелированную схему двойной дискретизации (CDS) и аналого-цифровой преобразователь с очень низким уровнем шума и высоким разрешением в небольшом корпусе. Это было требованием производителя высококачественных научных цифровых ПЗС-камер. Наше недорогое, малопотребляющее интегрированное решение полностью протестировано на температуру и включает в себя функции настраиваемого пользователем входного каскада и настраиваемой полосы пропускания для снижения уровня шума.

Безопасность и защита
Поставщик систем безопасности и защиты обнаружил, что часы, необходимые для прецизионного цифро-аналогового преобразователя, отрицательно влияют на радиочастотную цепь. Наше решение с выводом на вывод не требовало синхросигнала, что устраняло проблему помех и не требовало изменений печатной платы.

Радар
Производителю коммерческой радиолокационной системы требовалось решение, которого еще не было на рынке: входной каскад с высокой скоростью нарастания, малошумящий аналого-цифровой преобразователь без задержек с тактовой задержкой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *